Сиз самын көбүктөрүн ойногон учуруңуз болду беле? Тегерек самын көбүгү. Кызык. Үйлөтсө болот. Учкандан кийин самын көбүктөрү жарылат. Ого, бул кызыктуу, балалык оюн. Эмне үчүн самын көбүгү тоголок?
Эртең менен ойгонуп, үйдүн айланасындагы жалбырактарга көңүл буруңуз. Жалбырактарга жабышкан шүүдүрүм тамчыларына көңүл буруңуз. Бул кызык; шүүдүрүм тамчылары тоголок. Кантип эле ошондой болушу мүмкүн?
Беттик тартылуу суюктуктун бети жука кабыкчага окшошуп, тартылууга жакын болгондуктан пайда болот. Буга суу молекулаларынын ортосундагы когезия күчү таасир этет. Бул түшүндүрмөнү жакшыраак түшүнүү үчүн төмөнкү мисалды карап көрөлү. Биз идиштеги суюктукту карап чыгабыз.
Суюктуктун ичинде ар бир суюктук молекуласы эки тарабынан башка молекулалар менен курчалган; бирок суюктуктун бетинде астыңкы жагында гана суюк молекулалар бар. Үстүнкү жагында башка суюктук молекулалары жок. Суюктук молекуласы бири-бирин тарткандыктан, суюктуктун ичиндеги молекулада нөлгө барабар жалпы күч бар. Ал эми бетте жайгашкан суюктук молекулалары астыңкы жагындагы суюктуктун бөлүкчөлөрү тарабынан тартылат. Натыйжада, суюктуктун бетинде ылдый багытталган жалпы күч бар. Төмөн карай багытталган жалпы күчтөн улам, бетте жайгашкан суюктук мүмкүн болушунча катуу кичирейип, өзүнүн беттик аянтын кичирейтүүгө умтулат.
Бул беттеги суюк катмардын жука серпилгич кабыкча менен капталгандай көрүнүшүнө алып келет. Бул кубулуш беттик тартылуу деп аталат.
[ирп]
Клип суунун бетине кылдаттык менен коюлганда, бетинде жайгашкан суу молекулалары клиптин тартылуу күчү менен бир аз басылып, төмөндө жайгашкан суу молекулалары клипти кармап туруу үчүн калыбына келтирүү күчүн берет.
Чындыгында, бул жөн гана клипстер же кагаз клиптер эмес, ийнелер сыяктуу башка нерселер да. Эгерде ийнени суунун бетинин үстүнө кылдаттык менен койсок, ийне калкып калат. Суюктуктун беттик тартылуу күчү да курт-кумурскалардын суунун үстүндө калкып жүрүшүнүн себеби болуп саналат.
Беттик чыңалуу теңдемеси
Мурунку талкууда биз беттик тартылуу түшүнүгүн сапаттык жактан изилдегенбиз (математикалык теңдеме жок). Эми биз беттик тартылууну сандык жактан карап чыгабыз. Беттик тартылуу теңдемесин чыгарууга жардам берүү үчүн, биз U тамгасын түзүү үчүн ийилген зымды карайбыз. U зымынын эки бутуна дагы бир түз зым бекитилген, ал жерде түз зымды жылдырууга болот.
Эгер бул зым самынга салынса, аны алып салгандан кийин зымдын бетинде самындуу суу катмары пайда болот. Бул самын көбүкчөлөрүн ойногондой эле. Түз зымды жылдырууга мүмкүн болгондуктан жана массасы өтө чоң болбогондуктан, самындуу суунун катмары түз зымга беттик тартылуу күчүн берет, ошондуктан зым түз өйдө карай жылат. Түз зымдын кыймылдабашы үчүн (зым тең салмактуулукта), жалпы ылдый карай күч керек, мында жалпы күчтүн көлөмү F = w + T. Тең салмактуулукта, F = түз зымдагы самын катмары көтөргөн беттик тартылуу күчү.
Түз зымдын узундугу l деп коёлу. Түз зымга тийген самындуу суунун катмарынын эки бети болгондуктан, самындуу суунун катмары тарабынан пайда болгон беттик тартылуу күчү 2l боюнча иштейт. Самын катмарындагы беттик тартылуу - бул беттик тартылуу күчү (F) менен күч иштеген беттик узундуктун (d) салыштыруусу. Бул учурда беттик узундук 2l. Математикалык жактан жазылган:
Беттик тартылуу беттик тартылуу күчү менен узундуктун катышы болгондуктан, беттик тартылуу бирдиги Ньютондун метрге болгон катышына (Н/м) же диндин сантиметрге болгон катышына (дин/см) барабар.
Төмөндө эксперименттердин негизинде алынган беттик чыңалуу маанилеринин айрымдары келтирилген.
Беттик тартылуу маалыматтарына таянып, температура суюктуктун беттик тартылуу маанисине таасир этет. Адатта, температура жогорулаганда, беттик тартылуу мааниси төмөндөйт (ар бир температурадагы суунун беттик тартылуу күчүн салыштырыңыз. Таблицаны караңыз). Себеби температура жогорулаганда, суюктуктун молекулалары тезирээк кыймылдайт, ошондуктан суюктук молекулаларынын ортосундагы өз ара аракеттенүүнүн таасири азаят. Натыйжада, беттик тартылуу мааниси да төмөндөйт.
Беттик чыңалуу түшүнүктөрүнүн күнүмдүк жашоодо колдонулушу
Эмне үчүн кийимдерди самын менен жуушубуз керек деп сурадыңыз беле? Көйгөй биз жууган кийимдер чындап таза болушунда; суу кийим булаларынын өтө тар тешиги аркылуу өтүшү керек. Ушул себептен улам, суунун бетинин аянтын көбөйтүү керек. Ооба, муну жасоо абдан кыйын, анткени беттик тартылуу күчү бар. Сөзсүз түрдө алгач беттик тартылуу маанисин төмөндөтүү керек. Ысык сууну колдонуу менен беттик тартылууну азайта алабыз. Суунун температурасы канчалык жогору болсо, ошончолук жакшы, анткени суунун температурасы канчалык жогору болсо, беттик тартылуу күчү ошончолук аз болот (таблицаны караңыз). Бул биринчи альтернатива жана сейрек колдонулган ыкма. Дагы бир вариант - самын колдонуу.
20 ° C температурада самын суунун бетинин тартылуу күчү 25.00 мН/м түзөт. Самын менен ысык суунун ортосундагы салыштырууну карап көрүңүз, кайсынысы эң кичинекей беттик тартылуу күчү? 100 ° C температурада ысык суунун беттик тартылуу күчү = 58.90. 20 ° C температурада самындын беттик тартылуу күчү 25.00 мН/м түзөт. Самынды колдонуу пайдалуураак. Жогоруда түшүндүрүлгөн нерсе таасир этүүчү факторлордун бири ганабы?
Эмне үчүн самын же суу көбүгү тегерек?
Самын көбүкчөлөрү же суу тамчылары беттик тартылуу күчүнө таасир эткендиктен, тегерек формада болот. Алгач самын көбүкчөлөрүн талкуулайбыз. Самын көбүкчөлөрүнүн бетинде эки жука кабыкча жана алардын ортосунда суунун жука катмарлары бар.
Беттик тартылуунун болушу мембрананын жыйрылышына алып келет жана анын беттик аянтын кичирейтүүгө умтулат. Самындуу суу мембранасы жыйрылып, беттик аянтын минималдаштырууга аракет кылганда, мембрананын сыртындагы аба басымы (атмосфералык басым) менен катмардын ички бетиндеги аба басымынын ортосунда айырмачылык пайда болот. Катмардын сыртындагы аба басымы (атмосфералык басым) да самындуу суунун мембранасы жыйрылып жатканда аны түртөт, анткени мембрананын ички бетиндеги аба басымы кичине.
Мембрана жыйрылгандан кийин, ичиндеги аба (эки мембрананын ортосунда калган аба) басылып, катмардын ичиндеги аба басымы жыйрылбай калганга чейин жогорулайт. Башкача айтканда, жыйрылбай калганда, мембраналардын ортосундагы аба басымынын көлөмү атмосфералык басым + катмарды бырыштыруучу беттик тартылуу күчү менен бирдей болот.
Анда крандан чыгып жаткан шүүдүрүм тамчылары же суу тамчылары жөнүндө эмне айтууга болот? Ошол эле, анткени негизги себеп беттик тартылуу. Эгерде самын көбүкчөлөрүнүн эки бетинде эки жука кабыкча болсо, анда суу тамчыларынын бир гана жука катмары болот, ал суу тамчыларынын сыртында. Ички бөлүгү сууга толгон. Когезиялык күчтүн натыйжасында беттик тартылуу пайда болот. Суу тамчысынын сырткы бөлүгү ичкери тартылат. Натыйжада, суу жыйрылып, беттик аянтын кичирейтүүгө умтулат. Сырттагы атмосфералык басым да суу тамчыларын басат. Суунун ички бетине басым атмосфералык басымга + суу кабыкчасын жыйруучу беттик тартылуу күчүнө барабар болгондо, жыйрылуу токтойт.
