የወለል ውጥረት

የወለል ውጥረትን መረዳት

የውጪ ውጥረት የሚከሰተው የፈሳሽ ወለል የመጠንከር ዝንባሌ ስላለው ቀጭን ሽፋን የሚመስል መልክ ይፈጥራል። ይህ በውሃ ሞለኪውሎች መካከል ባለው የተቀናጀ ኃይል ተጽዕኖ ይደረግበታል። ይህንን ማብራሪያ በተሻለ ለመረዳት የሚከተለውን ምሳሌ እንመልከት። በእቃ መያዣ ውስጥ ያለ ፈሳሽ እንመልከት።

ፈሳሽ ሞለኪውሎች በተለምዶ እርስ በእርስ ይሳባሉ። በፈሳሽ ውስጥ፣ እያንዳንዱ ፈሳሽ ሞለኪውል በሁለቱም በኩል በሌሎች ሞለኪውሎች የተከበበ ነው፤ ነገር ግን በፈሳሽ ወለል ላይ፣ በጎኖቹ እና በታች ያሉት ፈሳሽ ሞለኪውሎች ብቻ አሉ። ከላይ ሌሎች ፈሳሽ ሞለኪውሎች የሉም። ፈሳሽ ሞለኪውሎች እርስ በእርስ ስለሚሳቡ፣ በፈሳሽ ውስጠኛ ክፍል ውስጥ ባሉ ሞለኪውሎች ላይ የዜሮ የተጣራ ኃይል አለ። በተቃራኒው፣ በላዩ ላይ ያሉት ፈሳሽ ሞለኪውሎች በጎኖቹ እና በታች ባሉት ፈሳሽ ሞለኪውሎች ይሳባሉ። በዚህም ምክንያት፣ ወደ ታች የሚመራው የፈሳሽ ወለል ላይ የተጣራ ኃይል አለ። በዚህ የተጣራ ኃይል ወደ ታች በመውረድ፣ በላዩ ላይ ያለው ፈሳሽ የገጽታውን ስፋት የመቀነስ አዝማሚያ አለው፣ በተቻለ መጠን ይቀንሳል።

ይህ ደግሞ በላዩ ላይ ያለው የፈሳሽ ንብርብር በቀጭን የመለጠጥ ሽፋን የተሸፈነ እንዲመስል ያደርገዋል። 

ክሊፕው በውሃው ወለል ላይ በጥንቃቄ ሲቀመጥ፣ በላዩ ላይ የሚገኙት የውሃ ሞለኪውሎች በተወሰነ ደረጃ ይጫናሉ የስበት ኃይል ክሊፕ፣ ስለዚህ ከታች የሚገኙት የውሃ ሞለኪውሎች ክሊፕን ለመደገፍ ወደ ላይ የሚመለስ ኃይል ይሰጣሉ (እንደገና ያስታውሱ) የመለጠጥ እና የሁክ ህግ).

እንደ እውነቱ ከሆነ የወረቀት ክሊፖች መጠቀም የምትችሉት ብቸኛው ነገር አይደሉም፤ እንደ መርፌ ያሉ ሌሎች ነገሮችም ሊሆኑ ይችላሉ። መርፌን በውሃ ላይ በጥንቃቄ ካስቀመጡት ይንሳፈፋል። ነፍሳት በውሃ ላይ ሊንሳፈፉ የሚችሉትም ለዚህ ነው።

የገጽታ ውጥረት እኩልታ

የገጽታ ውጥረት እኩልታን ለማግኘት እንዲረዳን፣ ወደ U ቅርጽ የታጠፈ ሽቦን እንመለከታለን። ሌላ ቀጥ ያለ ሽቦ ከU ሽቦው ሁለት እግሮች ጋር ተያይዟል፣ እዚያም ቀጥ ያለ ሽቦው ሊንቀሳቀስ ይችላል።

ይህ ሽቦ በሳሙና መፍትሄ ውስጥ ከገባ፣ ከተወገደ በኋላ በሽቦው ወለል ላይ የሳሙና ውሃ ንብርብር ይፈጠራል። ልክ እንደ የሳሙና አረፋዎች ሲጫወቱ። ቀጥተኛው ሽቦ ሊንቀሳቀስ ስለሚችል እና ክብደቱ በጣም ትልቅ ስላልሆነ፣ የሳሙና ውሃ ንብርብር ቀጥ ባለው ሽቦ ላይ የገጽታ ውጥረት ኃይል ስለሚሰጥ ቀጥተኛው ሽቦ ወደ ላይ እንዲንቀሳቀስ ያደርጋል (የቀስቱን አቅጣጫ ልብ ይበሉ)። ቀጥ ያለ ሽቦ እንዳይንቀሳቀስ ለማድረግ (ሽቦው ሚዛናዊነት ላይ ነው)፣ ወደ ታች የሚመራ አጠቃላይ ኃይል ያስፈልጋል፣ የጠቅላላው ኃይል መጠን F = w + T ነው። ሚዛናዊነት ውስጥ፣ F = በቀጥታ ሽቦ ላይ ባለው የሳሙና ውሃ ንብርብር የሚገፋው ኃይል።

የአንድ ቀጥ ያለ ሽቦ ርዝመት l ነው እንበል። ቀጥ ያለውን ሽቦ የሚነካው የሳሙና ውሃ ንብርብር ሁለት ገጽታዎች ስላሉት፣ በሳሙና ውሃ ንብርብር የሚፈጠረው ኃይል በ2 ሊትር ርዝመት ላይ ይሠራል። በሳሙና ንብርብር ላይ ያለው የገጽታ ውጥረት በኃይል (F) እና ኃይሉ በሚሠራበት የገጽታ ርዝመት (መ) መካከል ያለው ጥምርታ ነው። ለዚህ ጉዳይ፣ የገጽታው ርዝመት 2 ሊትር ነው። በሂሳብ፣ እንደሚከተለው ተጽፏል፡

የገጽታ ውጥረት የኃይል እና የአሃድ ርዝመት ጥምርታ ስለሆነ፣ አሃዶቹ ኒውተን በሜትር (N/m) ወይም ዳይን በሴንቲሜትር (ዳይን/ሴሜ) ናቸው።

የሚከተሉት በሙከራዎች ላይ የተመሰረቱ አንዳንድ የገጽታ ውጥረት እሴቶች ናቸው።

ከላይ ባለው መረጃ ላይ በመመስረት፣ የሙቀት መጠኑ የአንድ ፈሳሽ ወለል ውጥረት ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ይታያል። በአጠቃላይ፣ የሙቀት መጠኑ እየጨመረ ሲሄድ፣ ዋጋው ይቀንሳል። ይህ የሆነበት ምክንያት የሙቀት መጠኑ እየጨመረ ሲሄድ፣ የፈሳሽ ሞለኪውሎች በፍጥነት ስለሚንቀሳቀሱ በፈሳሽ ሞለኪውሎች መካከል ያለውን መስተጋብር ስለሚቀንሱ ነው። በዚህም ምክንያት፣ የገጽታ ውጥረት ዋጋም ይቀንሳል።

በዕለት ተዕለት ሕይወት ውስጥ አተገባበር

ልብሶችን በሳሙና ለምን እንደምናጥብ አስበህ ታውቃለህ? ችግሩ፣ በእውነት ንጹህ ልብሶችን ለማግኘት፣ ውሃ በፋይበሮቹ ውስጥ በጣም ጠባብ ክፍተቶችን ማለፍ አለበት። ይህ የውሃውን የገጽታ ስፋት መጨመር ይጠይቃል። ይህ በገጽታ ውጥረት ምክንያት ለማግኘት በጣም ከባድ ነው። ወደድንም ጠላንም የውሃው የገጽታ ውጥረት መጀመሪያ መቀነስ አለበት። የገጽታ ውጥረትን በሞቀ ውሃ መቀነስ እንችላለን። የውሃው ሙቀት ከፍ ባለ ቁጥር የተሻለ ይሆናል፣ የውሃው ሙቀት ከፍ ባለ ቁጥር የገጽታ ውጥረት ይቀንሳል (ሰንጠረዡን ይመልከቱ)። ይህ የመጀመሪያው አማራጭ ሲሆን በሙቅ ውሃ መጫወት ለሚወዱ ሰዎች ካልሆነ በስተቀር እምብዛም ጥቅም ላይ አይውልም። ሌላው አማራጭ ሳሙና መጠቀም ነው።

በ20 የሙቀት መጠን ^oሲ፣ የሳሙና ውሃ የገጽታ ውጥረት ዋጋ 25,00 mN/m ነው። የሳሙና ውሃ እና የሞቀ ውሃ ለማነፃፀር ይሞክሩ፣ የትኛው ዝቅተኛው እሴት አለው? በ100 ^oሲ፣ የሞቀ ውሃ የገጽታ ውጥረት እሴት = 58,90። በ20 የሙቀት መጠን ^oሐ፣ የሳሙና ውሃ የገጽታ ውጥረት 25,00 mN/m ነው። ሳሙና መጠቀም የበለጠ ጠቃሚ ነው… ውሃውም ሞቃት አይደለም። ልብሶቻችን ወይም ሰውነታችን በሳሙና ምን ያህል በጥሩ ሁኔታ ሊጸዱ እንደሚችሉ የሚነኩ ሌሎች ምክንያቶች አሉ። ስለዚህ፣ ከላይ የተጠቀሰው አንድ ነገር ብቻ ነው።

የሳሙና ወይም የውሃ አረፋዎች ክብ የሆኑት ለምንድነው?

የሳሙና አረፋዎች ወይም የውሃ ጠብታዎች፣ በገጽታ ውጥረት ምክንያት ክብ ቅርጽ አላቸው። በመጀመሪያ የሳሙና አረፋዎችን እንወያይ። የሳሙና አረፋዎች በገጻቸው ላይ ሁለት ቀጭን ሽፋኖች አሏቸው፣ በመካከላቸውም ቀጭን የውሃ ንብርብር አላቸው።

የገጽታ ውጥረት ሽፋኑ እንዲኮማተር ያደርጋል፣ ይህም የገጽታውን ስፋት ይቀንሳል። የሳሙና ውሃ ሽፋን ሲኮማተር እና የገጽታውን ስፋት ለመቀነስ ሲሞክር፣ በሽፋኑ ውጫዊ ክፍል (የከባቢ አየር ግፊት) እና በሽፋኑ ውስጠኛ ክፍል መካከል የአየር ግፊት ልዩነት ይፈጠራል። ከሽፋኑ ውጭ ያለው የአየር ግፊት (የከባቢ አየር ግፊት) እንዲሁም የሳሙና ውሃ ሽፋኑ ሲኮማተር ይገፋዋል፣ ምክንያቱም በሽፋኑ ውስጥ ያለው የአየር ግፊት ዝቅተኛ ነው።

ሽፋኑ ከተኮማተረ በኋላ፣ በውስጡ ያለው አየር (በሁለቱ ሽፋኖች መካከል የተጣበቀው አየር) ይጨመቃል፣ ይህም መኮማተሩ እስኪቆም ድረስ በሽፋኑ ውስጥ ያለውን የአየር ግፊት ይጨምራል። በሌላ አነጋገር፣ መኮማተሩ ሲቆም፣ በሽፋኖቹ መካከል ያለው የአየር ግፊት ከከባቢ አየር ግፊት + ሽፋኑን የሚኮማተረው የገጽታ ውጥረት ኃይል ጋር እኩል ነው።

ታዲያ ከቧንቧ የሚወጡ የጤዛ ጠብታዎች ወይም የውሃ ጠብታዎችስ? በመሠረቱ ተመሳሳይ ናቸው፣ ምክንያቱም ዋናው ምክንያት የገጽታ ውጥረት ነው። የሳሙና አረፋ በሁለቱ ገጽታዎች ላይ ሁለት ቀጭን ሽፋኖች ሲኖሩት፣ የውሃ ጠብታ ደግሞ በጠብታ ጠብታው ውጫዊ ክፍል ላይ አንድ ቀጭን ሽፋን ብቻ አለው። ውስጡ በውሃ የተሞላ ነው። የጠብታ ጠብታው ውጫዊ ክፍል ወደ ውስጥ ይጎተታል። በዚህም ምክንያት ውሃው ይኮማተራል፣ የገጽታውን ስፋት ይቀንሳል። ውጫዊው የከባቢ አየር ግፊት የውሃ ጠብታውን ለመጭመቅ ይረዳል። በውሃው ውስጥ ያለው ግፊት ከከባቢ አየር ግፊት እና የውሃ ሽፋኑን ከሚጨምቀው ኃይል ጋር እኩል ሲሆን መኮማተሙ ይቆማል።