ოდესმე გითამაშიათ საპნის ბუშტები? მრგვალი საპნის ბუშტი. სასაცილოა. შეიძლება გაბერვა. ფრენის შემდეგ საპნის ბუშტები სკდება. ვაუ, სახალისოა, ბავშვობის თამაში. რატომ არის საპნის ბუშტი მრგვალი?
დილით გაიღვიძე და შემდეგ შეამჩნიე სახლის გარშემო ფოთლები. დააკვირდი ფოთლებზე მიმაგრებულ ნამის წვეთებს. უცნაურია; ნამის წვეთები მრგვალია. როგორ შეიძლება ასე იყოს?
ზედაპირული დაჭიმულობა წარმოიქმნება იმის გამო, რომ სითხის ზედაპირი მიდრეკილია შევიწროებისკენ ისე, რომ ზედაპირი თხელი მემბრანის მსგავსი იყოს. ამაზე გავლენას ახდენს წყლის მოლეკულებს შორის შეკავშირების ძალა. ამ ახსნის უკეთ გასაგებად განვიხილოთ შემდეგი ილუსტრაცია. ჩვენ განვიხილავთ სითხეს კონტეინერში.
სითხის შიგნით, თითოეული სითხის მოლეკულა ორივე მხარეს სხვა მოლეკულებითაა გარშემორტყმული; თუმცა, სითხის ზედაპირზე ქვემოთ მხოლოდ სითხის მოლეკულებია. ზედა ნაწილში სხვა სითხის მოლეკულები არ არის. რადგან სითხის მოლეკულები ერთმანეთს იზიდავენ, სითხის შიგნით არსებულ მოლეკულაში ნულის ტოლი სრული ძალა მოქმედებს. ამის საპირისპიროდ, ზედაპირზე მდებარე სითხის მოლეკულებს ქვედა ნაწილში არსებული სითხის ნაწილაკები იზიდავს. შედეგად, სითხის ზედაპირზე სრული ძალა ქვევით მიმართულია. ქვევით მიმართული წმინდა ძალის გამო, ზედაპირზე მდებარე სითხე მაქსიმალურად ძლიერად შეკუმშვით, ზედაპირის ფართობის შემცირებას ცდილობს.
ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ ზედაპირზე არსებული თხევადი ფენა ისეთი სახით გამოიყურება, თითქოს იგი თხელი ელასტიური მემბრანით არის დაფარული. ეს ფენომენი ზედაპირული დაჭიმულობის სახელითაა ცნობილი.
[ირპ]
როდესაც სამაგრი ფრთხილად თავსდება წყლის ზედაპირზე, ზედაპირზე განლაგებული წყლის მოლეკულები ოდნავ იწნეხება სამაგრის გრავიტაციის ზემოქმედებით, რის შედეგადაც ქვემოთ განლაგებული წყლის მოლეკულები აღმდგენი ძალას წარმოქმნიან სამაგრის დასაჭერად.
სინამდვილეში, საქმე მხოლოდ სამაგრებს ან ქაღალდის სამაგრებს არ ეხება, არამედ სხვა ნივთებსაც, მაგალითად, ნემსებს. თუ ნემსს წყლის ზედაპირზე ფრთხილად მოვათავსებთ, ის ამოტივტივდება. სითხის ზედაპირული დაჭიმულობა ასევე არის მიზეზი, რის გამოც მწერებს შეუძლიათ წყალზე ამოტივტივდნენ.
ზედაპირული დაჭიმულობის განტოლება
წინა განხილვაში ზედაპირული დაჭიმულობის ცნება თვისებრივად შევისწავლეთ (მათემატიკური განტოლება არ არსებობს). ახლა ზედაპირული დაჭიმულობის განტოლებას რაოდენობრივად განვიხილავთ. ზედაპირული დაჭიმულობის განტოლების გამოსათვლელად, განვიხილავთ მავთულს, რომელიც U ასოს წარმოქმნით არის მოხრილი. კიდევ ერთი სწორი მავთული მიმაგრებულია U მავთულის ორ ფეხზე, სადაც სწორი მავთულის გადაადგილებაა შესაძლებელი.
თუ ამ მავთულს საპონში ჩავდებთ, მისი ამოღების შემდეგ მავთულის ზედაპირზე საპნიანი წყლის ფენა წარმოიქმნება. ეს ჰგავს საპნის ბუშტების თამაშს. რადგან სწორი მავთულის გადაადგილება შესაძლებელია და მასა არც ისე დიდია, საპნიანი წყლის ფენა სწორ მავთულზე ზედაპირული დაჭიმულობის ძალას შექმნის ისე, რომ მავთული პირდაპირ ზემოთ ავიდეს. სწორი მავთულის მოძრაობის თავიდან ასაცილებლად (მავთული წონასწორობაშია), საჭიროა სრული ქვევით მიმართული ძალა, სადაც სრული ძალის რაოდენობაა F = w + T. წონასწორობაში, F = ზედაპირული დაჭიმულობის ძალა, რომელსაც საპნის ფენა ატარებდა სწორ მავთულზე.
დავუშვათ, რომ სწორი მავთულის სიგრძეა l. რადგან საპნიანი წყლის ფენას, რომელიც სწორ მავთულს ეხება, ორი ზედაპირი აქვს, საპნიანი წყლის ფენის მიერ წარმოქმნილი ზედაპირული დაჭიმულობის ძალა მოქმედებს 2l-ის გასწვრივ. საპნის ფენაში ზედაპირული დაჭიმულობა წარმოადგენს ზედაპირული დაჭიმულობის ძალის (F) და იმ ზედაპირის სიგრძის შედარებას, რომელზეც ძალა მოქმედებს (d). ამ შემთხვევაში, ზედაპირის სიგრძეა 2l. მათემატიკურად, იწერება:
რადგან ზედაპირული დაჭიმულობა ზედაპირული დაჭიმულობის ძალასა და სიგრძეს შორის თანაფარდობას წარმოადგენს, ზედაპირული დაჭიმულობის ერთეულია ნიუტონი მეტრზე (ნ/მ) ან დინი სანტიმეტრზე (დინი/სმ).
ქვემოთ მოცემულია ექსპერიმენტების საფუძველზე მიღებული ზედაპირული დაჭიმულობის რამდენიმე მნიშვნელობა.
ზედაპირული დაჭიმულობის მონაცემებზე დაყრდნობით, ტემპერატურა გავლენას ახდენს სითხის ზედაპირული დაჭიმულობის მნიშვნელობაზე. როგორც წესი, როდესაც ტემპერატურა იზრდება, ზედაპირული დაჭიმულობის მნიშვნელობა მცირდება (შეადარეთ წყლის ზედაპირული დაჭიმულობა თითოეულ ტემპერატურაზე. იხილეთ ცხრილი). ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც ტემპერატურა იზრდება, სითხის მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ, რის გამოც სითხის მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ეფექტი მცირდება. შედეგად, ზედაპირული დაჭიმულობის მნიშვნელობაც მცირდება.
ზედაპირული დაჭიმულობის კონცეფციის გამოყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში
ოდესმე გიფიქრიათ, რატომ უნდა გავრეცხოთ ტანსაცმელი საპნით? პრობლემა ის არის, რომ ჩვენს მიერ გარეცხილი ტანსაცმელი ნამდვილად სუფთაა; წყალი უნდა გაიაროს ტანსაცმლის ბოჭკოებში არსებული ძალიან ვიწრო ნაპრალიდან. ამ მიზეზით, აუცილებელია წყლის ზედაპირის ფართობის გაზრდა. ეს ძალიან რთულია ზედაპირული დაჭიმულობის გამო. აუცილებლად უნდა შემცირდეს ზედაპირული დაჭიმულობის მნიშვნელობა. ზედაპირული დაჭიმულობის შემცირება შეგვიძლია ცხელი წყლის გამოყენებით. რაც უფრო მაღალია წყლის ტემპერატურა, მით უკეთესი, რადგან რაც უფრო მაღალია წყლის ტემპერატურა, მით უფრო დაბალია ზედაპირული დაჭიმულობა (იხილეთ ცხრილი). ეს პირველი ალტერნატივაა და იშვიათად გამოიყენება მეთოდი. კიდევ ერთი ვარიანტია საპნის გამოყენება.
20 ° C ტემპერატურაზე , საპნის წყლის ზედაპირის დაჭიმვის მნიშვნელობა 25.00 მნ/მ-ია. შეეცადეთ შეადაროთ საპონი და ცხელი წყალი, რომელია ზედაპირული დაჭიმულობის ყველაზე მცირე მნიშვნელობა? 100 ° C ტემპერატურაზე, ცხელი წყლის ზედაპირული დაჭიმულობის მნიშვნელობა = 58.90. 20 ° C ტემპერატურაზე , საპნის ზედაპირული დაჭიმულობის მნიშვნელობა 25.00 მნ/მ-ია. უფრო მომგებიანია საპნის გამოყენება. ზემოთ ახსნილი მხოლოდ ერთ-ერთი ფაქტორია, რომელიც გავლენას ახდენს?
რატომ არის საპნის ან წყლის ბუშტი მრგვალი?
საპნის ბუშტები ან წყლის წვეთები მრგვალია, რადგან მათზე ზედაპირული დაჭიმულობა მოქმედებს. პირველ რიგში, განვიხილავთ საპნის ბუშტებს. საპნის ბუშტებს ზედაპირზე ორი თხელი მემბრანა აქვთ და მათ შორის წყლის თხელი ფენებია.
ზედაპირული დაჭიმულობის არსებობა იწვევს მემბრანის შეკუმშვას და, როგორც წესი, ამცირებს მისი ზედაპირის ფართობს. როდესაც საპნიანი წყლის მემბრანა იკუმშება და ცდილობს მისი ზედაპირის ფართობის მინიმუმამდე დაყვანას, მემბრანის გარეთა მხარეს (ატმოსფერული წნევა) და ფენის შიგნითა მხარეს ჰაერის წნევას შორის განსხვავებაა. ფენის გარეთ არსებული ჰაერის წნევა (ატმოსფერული წნევა) ასევე უბიძგებს საპნიანი წყლის მემბრანას შეკუმშვისას, რადგან მემბრანის შიგნით ჰაერის წნევა უფრო მცირეა.
მემბრანის შეკუმშვის შემდეგ, შიგნით არსებული ჰაერი (ორ მემბრანას შორის მოქცეული ჰაერი) იკუმშება, რაც ზრდის ფენის შიგნით ჰაერის წნევას მანამ, სანამ შეკუმშვა არ შეწყდება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როდესაც შეკუმშვა აღარ არის, მემბრანებს შორის ჰაერის წნევის რაოდენობა ტოლია ატმოსფერული წნევისა + ზედაპირული დაჭიმულობის ძალა, რომელიც ფენას დანაოჭებს.
მაშინ რა შეიძლება ითქვას ონკანიდან გამომავალ ნამის ან წყლის წვეთებზე? იგივე, რადგან ძირითადი მიზეზი ზედაპირული დაჭიმულობაა. თუ საპნის ბუშტებს ორ ზედაპირზე ორი თხელი მემბრანა აქვთ, მაშინ წყლის წვეთებს მხოლოდ ერთი თხელი ფენა აქვთ, რომელიც წყლის წვეთების გარე მხარესაა. შიდა ნაწილი წყლით არის სავსე. შეერთების ძალის გამო, ზედაპირული დაჭიმულობა წარმოიქმნება. წყლის წვეთის გარე ნაწილი შიგნით იწევს. შედეგად, წყალი იკუმშება და მისი ზედაპირის ფართობის შემცირებას ცდილობს. გარეთ არსებული ატმოსფერული წნევა ასევე თრგუნავს წყლის წვეთებს. შეკუმშვა შეწყდება, როდესაც წყლის შიდა წნევა ტოლი იქნება ატმოსფერული წნევის + ზედაპირული დაჭიმულობის ძალის, რომელიც წყლის მემბრანას ავიწროებს.
