Έχετε δει ποτέ κερί; Ας ελπίσουμε ότι θα το χρησιμοποιήσετε. Ένα ενδιαφέρον φαινόμενο που μπορούμε να παρατηρήσουμε όταν ένα κερί καίγεται. Το κάτω μέρος ενός φιτιλιού που καίγεται είναι συνήθως πάντα βρεγμένο με λιωμένο κερί (στο φιτίλι). Η παρουσία λιωμένου κεριού στο φιτίλι σημαίνει ότι το κερί μπορεί να καίγεται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τι προκαλεί την κίνηση του λιωμένου κεριού προς τα πάνω προς το φτιαγμένο φιτίλι του κεριού; Μπορούμε να παρατηρήσουμε το ίδιο φαινόμενο σε πυρσούς.
Πολλά ενδιαφέροντα πράγματα στη ζωή μας μοιάζουν με τα φαινόμενα που συμβαίνουν στα κεριά και τις λάμπες λαδιού. Είναι σαν το υγρό να έχει πόδια, που του επιτρέπουν να κινείται προς τα πάνω. Μπορείτε να το εξηγήσετε αυτό επιστημονικά; Μια φυσική έννοια που μπορεί να εξηγήσει τα φαινόμενα που συμβαίνουν στα κεριά, τις λάμπες λαδιού και πολλά άλλα σχετικά φαινόμενα είναι η τριχοειδής ιδιότητα.
Δυνάμεις Συνοχής και Προσκόλλησης
Η συνοχή είναι η ελκτική δύναμη μεταξύ μορίων της ίδιας ουσίας, ενώ η ελκτική δύναμη μεταξύ μορίων διαφορετικών ουσιών ονομάζεται πρόσφυση. Για παράδειγμα, αν ρίξουμε νερό σε ένα ποτήρι, η συνοχή συμβαίνει όταν τα μόρια του νερού έλκονται μεταξύ τους, ενώ η πρόσφυση συμβαίνει όταν τα μόρια του νερού και τα μόρια του γυαλιού έλκονται μεταξύ τους.
Γωνία επαφής
Πριν εμβαθύνουμε στην έννοια της τριχοειδούς φύσης, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε πώς οι δυνάμεις συγκόλλησης και συνοχής επηρεάζουν την τριχοειδή φύση. Για παράδειγμα, σκεφτείτε ένα υγρό σε ένα ποτήρι. Όταν οι δυνάμεις συνοχής των μορίων του υγρού είναι ισχυρότερες από τις δυνάμεις συγκόλλησης (τις ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων του υγρού και των μορίων του γυαλιού), η επιφάνεια του υγρού θα καμπυλωθεί προς τα πάνω. Ένα παράδειγμα αυτού είναι όταν το νερό βρίσκεται σε ένα ποτήρι. Λέγεται συνήθως ότι το νερό βρέχει την επιφάνεια του γυαλιού. Αντίθετα, εάν οι δυνάμεις συγκόλλησης είναι ισχυρότερες, η επιφάνεια του υγρού θα καμπυλωθεί προς τα κάτω. Για παράδειγμα, όταν ο υδράργυρος βρίσκεται σε ένα ποτήρι.
Η γωνία που σχηματίζεται από την καμπύλη ονομάζεται γωνία επαφής. Όταν η δύναμη συνοχής του υγρού είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη πρόσφυσης, η γωνία επαφής που σχηματίζεται είναι γενικά μικρότερη από 90°.o (εικόνα α). Αντίθετα, εάν η δύναμη πρόσφυσης είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη συνοχής του ρευστού, τότε η γωνία επαφής που σχηματίζεται είναι μεγαλύτερη από 90°o (σχήμα β). Οι δυνάμεις πρόσφυσης και συνοχής είναι θεωρητικά δύσκολο να υπολογιστούν, αλλά η γωνία επαφής μπορεί να μετρηθεί. Ποια είναι η σχέση με την τριχοειδή ιδιότητα;
Η Έννοια της Τριχοειδούς Φύσης
Εάν η δύναμη συνοχής ενός υγρού είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη συγκόλλησης, η επιφάνεια του υγρού θα καμπυλωθεί προς τα πάνω. Όταν εισάγουμε έναν λεπτό σωλήνα ή σωλήνα (έναν σωλήνα με μικρότερη διάμετρο από το δοχείο), θα σχηματιστεί ένα υψηλότερο τμήμα υγρού. Με άλλα λόγια, το υγρό στο δοχείο ανεβαίνει μέσω της στήλης του σωλήνα. Αυτό συμβαίνει επειδή η συνολική δύναμη επιφανειακής τάσης κατά μήκος του τοιχώματος του σωλήνα ασκείται προς τα πάνω. Το μέγιστο ύψος που μπορεί να φτάσει ένα υγρό είναι όταν η δύναμη επιφανειακής τάσης είναι ίση ή ίση με το βάρος του υγρού στον σωλήνα. Επομένως, το υγρό μπορεί να ανέβει μόνο σε ένα ύψος όπου η δύναμη επιφανειακής τάσης εξισορροπείται από το βάρος του υγρού στον σωλήνα.
Αντίθετα, εάν η δύναμη πρόσφυσης είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη συνοχής του υγρού, η επιφάνεια του υγρού θα καμπυλωθεί προς τα κάτω. Όταν εισάγουμε έναν λεπτό σωλήνα ή σωλήνα (έναν σωλήνα με μικρότερη διάμετρο από το δοχείο), θα σχηματιστεί ένα κάτω μέρος του υγρού (δείτε την παρακάτω εικόνα).
Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως τριχοειδής κίνηση ή τριχοειδής λειτουργία, και αυτοί οι λεπτοί σωλήνες ονομάζονται τριχοειδείς σωλήνες. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα μικρότερα αιμοφόρα αγγεία μας μπορούν επίσης να ονομαστούν τριχοειδείς σωλήνες, καθώς η κυκλοφορία του αίματος σε αυτά τα μικροσκοπικά αγγεία οφείλεται επίσης στο τριχοειδές φαινόμενο. Ομοίως, είναι επίσης εμφανές το φαινόμενο της τήξης κεριού ή κηροζίνης που ανεβαίνει μέσα από ένα φυτίλι. Επιπλέον, πιστεύεται ότι η τριχοειδής λειτουργία παίζει ζωτικό ρόλο στην κίνηση του νερού και των θρεπτικών συστατικών από τις ρίζες στα φύλλα μέσω των μικροσκοπικών αγγείων του ξύλου. Χωρίς την τριχοειδή λειτουργία, η επιφάνεια του εδάφους θα στεγνώσει αμέσως μετά τη βροχή ή την άρδευση. Ένα άλλο σημαντικό φαινόμενο της τριχοειδούς λειτουργίας είναι η συγκράτηση νερού στα κενά μεταξύ των σωματιδίων του εδάφους.
Εξίσωση Τριχοειδούς
Πώς μπορούμε να προσδιορίσουμε το ύψος του νερού που ανεβαίνει μέσα από τη στήλη του τριχοειδούς σωλήνα; Το υγρό φαίνεται να ανεβαίνει μέσα στη στήλη. 
τριχοειδής σωλήνας που έχει ακτίνα r έως ύψος h. Η δύναμη που παίζει ρόλο στη συγκράτηση του υγρού σε ύψος h είναι η συνιστώσα της δύναμης επιφανειακής τάσης στην κατακόρυφη κατεύθυνση: F cos θ.
Το πάνω μέρος του τριχοειδούς σωλήνα είναι ανοιχτό, επομένως ασκείται ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια του υγρού. Το μήκος της επιφάνειας επαφής μεταξύ του υγρού και του σωλήνα είναι 2 φ r (η περιφέρεια του κύκλου). Επομένως, το μέγεθος της κατακόρυφης συνιστώσας της δύναμης επιφανειακής τάσης που ασκείται κατά μήκος της επιφάνειας επαφής είναι:
Αν αγνοηθεί η ανοδική καμπύλη της επιφάνειας του υγρού, τότε ο όγκος του υγρού στον σωλήνα είναι:
Όγκος υγρού = Επιφάνεια σωλήνα x Ύψος υγρού
V = A h
V = (π r2 ) h
Εάν η κατακόρυφη συνιστώσα της δύναμης επιφανειακής τάσης εξισορροπηθεί με το βάρος της υγρής στήλης στον τριχοειδή σωλήνα, τότε το υγρό δεν μπορεί να ανέβει περαιτέρω. Με άλλα λόγια, το υγρό θα φτάσει στο μέγιστο ύψος του, όταν η κατακόρυφη συνιστώσα της δύναμης επιφανειακής τάσης εξισορροπηθεί με το βάρος του υγρού στο ύψος h. Η κατακόρυφη συνιστώσα της δύναμης επιφανειακής τάσης είναι:
F = γ 2 π r cos θ
Εν τω μεταξύ, το βάρος του υγρού στον τριχοειδή σωλήνα είναι:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ(πr2h ) g
Όταν το υγρό φτάσει στο μέγιστο ύψος του (h), η κατακόρυφη συνιστώσα της δύναμης επιφανειακής τάσης πρέπει να είναι ίση με το βάρος του υγρού στον τριχοειδή σωλήνα. Μαθηματικά, γράφεται:
Αυτή είναι η εξίσωση που αναζητούμε. Αν θέλετε να προσδιορίσετε το ύψος μιας υγρής στήλης, χρησιμοποιήστε αυτήν την εξίσωση.
