સપાટી તણાવ

સપાટીના તણાવને સમજવું

સપાટી તણાવ એટલા માટે થાય છે કારણ કે પ્રવાહીની સપાટી સખત થવાનું વલણ ધરાવે છે, જેનાથી પાતળી પટલ જેવી દેખાવ બને છે. આ પાણીના અણુઓ વચ્ચેના સંયોજક બળોથી પ્રભાવિત થાય છે. આ સમજૂતીને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે, નીચેના ઉદાહરણનો વિચાર કરો. ચાલો એક પાત્રમાં પ્રવાહીનો વિચાર કરીએ.

પ્રવાહી પરમાણુઓ સામાન્ય રીતે એકબીજાને આકર્ષે છે. પ્રવાહીની અંદર, દરેક પ્રવાહી પરમાણુ બંને બાજુએ અન્ય પરમાણુઓથી ઘેરાયેલા હોય છે; પરંતુ પ્રવાહીની સપાટી પર, બાજુઓ અને નીચે ફક્ત પ્રવાહી પરમાણુઓ હોય છે. ઉપર કોઈ અન્ય પ્રવાહી પરમાણુઓ નથી. કારણ કે પ્રવાહી પરમાણુઓ એકબીજાને આકર્ષે છે, પ્રવાહીના આંતરિક ભાગમાં પરમાણુઓ પર શૂન્યનું ચોખ્ખું બળ હોય છે. તેનાથી વિપરીત, સપાટી પરના પ્રવાહી પરમાણુઓ બાજુઓ અને નીચે પ્રવાહી પરમાણુઓ દ્વારા આકર્ષાય છે. પરિણામે, પ્રવાહીની સપાટી પર એક ચોખ્ખું બળ હોય છે જે નીચે તરફ નિર્દેશિત થાય છે. આ ચોખ્ખા બળને કારણે, સપાટી પરનું પ્રવાહી તેના સપાટીના ક્ષેત્રફળને ઘટાડે છે, શક્ય તેટલું સંકોચાય છે.

આનાથી સપાટી પર પ્રવાહીનું સ્તર એવું લાગે છે કે જાણે તે પાતળા સ્થિતિસ્થાપક પટલથી ઢંકાયેલું હોય. 

જ્યારે ક્લિપને પાણીની સપાટી પર કાળજીપૂર્વક મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે સપાટી પર સ્થિત પાણીના અણુઓ કંઈક અંશે દબાય છે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્લિપ, જેથી નીચે સ્થિત પાણીના અણુઓ ક્લિપને ટેકો આપવા માટે ઉપર તરફ પુનઃસ્થાપિત બળ પૂરું પાડે (ફરીથી યાદ રાખો). સ્થિતિસ્થાપકતા અને હૂકનો નિયમ).

વાસ્તવમાં, પેપર ક્લિપ્સ એકમાત્ર વસ્તુ નથી જેનો તમે ઉપયોગ કરી શકો છો; તે સોય જેવી અન્ય વસ્તુઓ પણ હોઈ શકે છે. જો તમે કાળજીપૂર્વક પાણીની સપાટી પર સોય મૂકો છો, તો તે તરતી રહેશે. આ જ કારણ છે કે જંતુઓ પાણી પર તરતા રહી શકે છે.

સપાટી તણાવ સમીકરણ

સપાટી તણાવ સમીકરણ મેળવવામાં મદદ કરવા માટે, આપણે એક વાયરનો વિચાર કરીએ છીએ જે U અક્ષરના આકારમાં વળેલો છે. બીજો સીધો વાયર U વાયરના બે પગ સાથે જોડાયેલ છે, જ્યાં સીધો વાયર ખસેડી શકાય છે.

જો આ વાયરને સાબુના દ્રાવણમાં નાખવામાં આવે, તો તેને દૂર કર્યા પછી વાયરની સપાટી પર સાબુવાળા પાણીનો એક સ્તર બનશે. જેમ તમે સાબુના પરપોટા વગાડો છો તેમ. કારણ કે સીધા વાયરને ખસેડી શકાય છે અને તેનું દળ ખૂબ મોટું નથી, સાબુવાળા પાણીનો સ્તર સીધા વાયર પર સપાટી તણાવ બળ પ્રદાન કરશે જેથી સીધો વાયર ઉપર તરફ ખસે (તીરની દિશા નોંધો). સીધા વાયરને ખસેડતા અટકાવવા માટે (વાયર સંતુલનમાં છે), કુલ બળની જરૂર પડે છે જે નીચે તરફ નિર્દેશિત થાય છે, જ્યાં કુલ બળનું મૂલ્ય F = w + T છે. સંતુલનમાં, F = સીધા વાયર પર સાબુવાળા પાણીના સ્તર દ્વારા લગાવવામાં આવતું બળ.

ધારો કે સીધા વાયરની લંબાઈ l છે. સાબુવાળા પાણીના સ્તર જે સીધા વાયરને સ્પર્શે છે તેની બે સપાટીઓ હોવાથી, સાબુવાળા પાણીના સ્તર દ્વારા ઉત્પન્ન થતું બળ 2l ની લંબાઈ સાથે કાર્ય કરે છે. સાબુના સ્તર પર સપાટી તણાવ એ બળ (F) અને તે સપાટીની લંબાઈ (d) વચ્ચેનો ગુણોત્તર છે જેના પર બળ કાર્ય કરે છે. આ કિસ્સામાં, સપાટીની લંબાઈ 2l છે. ગાણિતિક રીતે, તે લખેલું છે:

કારણ કે સપાટી તણાવ એ બળ અને એકમ લંબાઈનો ગુણોત્તર છે, એકમો ન્યૂટન પ્રતિ મીટર (N/m) અથવા ડાયન પ્રતિ સેન્ટીમીટર (dyn/cm) છે.

પ્રયોગોના આધારે મેળવેલા કેટલાક સપાટી તણાવ મૂલ્યો નીચે મુજબ છે.

ઉપરોક્ત માહિતીના આધારે, એવું લાગે છે કે તાપમાન પ્રવાહીના સપાટી તણાવને અસર કરે છે. સામાન્ય રીતે, જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, તેમ તેમ મૂલ્ય ઘટે છે. આનું કારણ એ છે કે તાપમાન વધે છે, પ્રવાહી પરમાણુઓ ઝડપથી આગળ વધે છે, જેનાથી પ્રવાહી પરમાણુઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઓછી થાય છે. પરિણામે, સપાટી તણાવ મૂલ્ય પણ ઘટે છે.

રોજિંદા જીવનમાં ઉપયોગ

શું તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે આપણે સાબુથી કપડાં કેમ ધોઈએ છીએ? સમસ્યા એ છે કે, ખરેખર સ્વચ્છ કપડાં મેળવવા માટે, પાણીને તંતુઓમાં ખૂબ જ સાંકડા ગાબડામાંથી પસાર થવું પડે છે. આ માટે પાણીનો સપાટી વિસ્તાર વધારવો જરૂરી છે. સપાટીના તણાવને કારણે આ પ્રાપ્ત કરવું ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. ગમે કે ન ગમે, પહેલા પાણીનો સપાટીનો તણાવ ઓછો કરવો જ જોઇએ. ગરમ પાણીનો ઉપયોગ કરીને આપણે સપાટીનો તણાવ ઘટાડી શકીએ છીએ. પાણીનું તાપમાન જેટલું ઊંચું હશે તેટલું સારું, કારણ કે પાણીનું તાપમાન જેટલું ઊંચું હશે, સપાટીનો તણાવ ઓછો થશે (કોષ્ટક જુઓ). આ પહેલો વિકલ્પ છે અને ભાગ્યે જ ઉપયોગમાં લેવાય છે, સિવાય કે જેઓ ગરમ પાણીથી રમવાનું પસંદ કરે છે. બીજો વિકલ્પ સાબુનો ઉપયોગ છે.

20 ના તાપમાને ^oC, સાબુવાળા પાણીનું સપાટી તાણ મૂલ્ય 25,00 mN/m છે. સાબુવાળા પાણી અને ગરમ પાણી વચ્ચે સરખામણી કરવાનો પ્રયાસ કરો, કયું મૂલ્ય સૌથી નાનું છે? 100 પર ^oC, ગરમ પાણીનું સપાટી તાણ મૂલ્ય = 58,90. 20 ના તાપમાને ^oC, સાબુવાળા પાણીનું સપાટી તણાવ 25,00 mN/m છે. સાબુનો ઉપયોગ વધુ ફાયદાકારક છે... પાણી ગરમ પણ નથી. આપણા કપડાં અથવા શરીરને સાબુથી કેટલી સારી રીતે સાફ કરી શકાય છે તેના પર અન્ય પરિબળો પણ અસર કરે છે. તેથી, ઉપરોક્ત ફક્ત એક પરિબળ છે.

સાબુ ​​કે પાણીના પરપોટા ગોળ કેમ હોય છે?

સાબુના પરપોટા, અથવા પાણીના ટીપાં, સપાટીના તણાવને કારણે ગોળાકાર આકારના હોય છે. ચાલો પહેલા સાબુના પરપોટાની ચર્ચા કરીએ. સાબુના પરપોટાની સપાટી પર બે પાતળા પટલ હોય છે, જેની વચ્ચે પાણીનો પાતળો પડ હોય છે.

સપાટીના તણાવને કારણે પટલ સંકોચાય છે, જેના કારણે તેનો સપાટી વિસ્તાર ઓછો થાય છે. જ્યારે સાબુવાળા પાણીની પટલ સંકોચાય છે અને તેના સપાટી વિસ્તારને ઘટાડવાનો પ્રયાસ કરે છે, ત્યારે પટલની બહાર (વાતાવરણીય દબાણ) અને પટલની અંદરના ભાગ વચ્ચે હવાના દબાણમાં તફાવત ઉદ્ભવે છે. પટલની બહાર હવાનું દબાણ (વાતાવરણીય દબાણ) પણ સાબુવાળા પાણીની પટલને સંકોચાય ત્યારે દબાણ કરે છે, કારણ કે પટલની અંદર હવાનું દબાણ ઓછું હોય છે.

પટલ સંકોચાયા પછી, અંદરની હવા (બે પટલ વચ્ચે ફસાયેલી હવા) પણ સંકુચિત થાય છે, જેનાથી સંકોચન બંધ ન થાય ત્યાં સુધી પટલની અંદર હવાનું દબાણ વધે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જ્યારે સંકોચન બંધ થાય છે, ત્યારે પટલ વચ્ચેનું હવાનું દબાણ વાતાવરણીય દબાણ + પટલને સંકોચન કરતા સપાટીના તાણ બળ જેટલું હોય છે.

તો નળમાંથી નીકળતા ઝાકળના ટીપાં કે પાણીના ટીપાં વિશે શું? તે મૂળભૂત રીતે સમાન છે, કારણ કે મુખ્ય કારણ સપાટી તણાવ છે. જ્યારે સાબુના પરપોટાની બે સપાટી પર બે પાતળા પટલ હોય છે, ત્યારે પાણીના ટીપામાં ટીપાની બહાર ફક્ત એક જ પાતળું પટલ હોય છે. અંદરનો ભાગ પાણીથી ભરેલો હોય છે. ટીપાનો બહારનો ભાગ અંદરની તરફ ખેંચાય છે. પરિણામે, પાણી સંકોચાય છે, જે તેના સપાટીના ક્ષેત્રફળને ઘટાડવાનું વલણ ધરાવે છે. બાહ્ય વાતાવરણીય દબાણ પણ પાણીના ટીપાને સંકુચિત કરવામાં મદદ કરે છે. જ્યારે પાણીની અંદરનું દબાણ વાતાવરણીય દબાણ અને પાણીના પટલને સંકોચન કરતા બળ જેટલું થાય છે ત્યારે સંકોચન બંધ થાય છે.