ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം

ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം മനസ്സിലാക്കൽ

ഒരു ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലം കട്ടിയാകാൻ സാധ്യതയുള്ളതിനാലാണ് ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം ഉണ്ടാകുന്നത്, ഇത് നേർത്ത മെംബ്രൺ പോലുള്ള രൂപം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ജല തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള സംയോജിത ശക്തികളാൽ ഇത് സ്വാധീനിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ വിശദീകരണം നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ, ഇനിപ്പറയുന്ന ചിത്രം പരിഗണിക്കുക. ഒരു പാത്രത്തിലെ ഒരു ദ്രാവകം നമുക്ക് പരിഗണിക്കാം.

ദ്രാവക തന്മാത്രകൾ സാധാരണയായി പരസ്പരം ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു. ഒരു ദ്രാവകത്തിനുള്ളിൽ, ഓരോ ദ്രാവക തന്മാത്രയും ഓരോ വശത്തും മറ്റ് തന്മാത്രകളാൽ ചുറ്റപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു; എന്നാൽ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ, വശങ്ങളിലും താഴെയുമായി ദ്രാവക തന്മാത്രകൾ മാത്രമേ ഉള്ളൂ. മുകളിൽ മറ്റ് ദ്രാവക തന്മാത്രകളൊന്നുമില്ല. ദ്രാവക തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം ആകർഷിക്കുന്നതിനാൽ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉൾഭാഗത്തുള്ള തന്മാത്രകളിൽ പൂജ്യത്തിന്റെ മൊത്തം ബലമുണ്ട്. നേരെമറിച്ച്, ഉപരിതലത്തിലുള്ള ദ്രാവക തന്മാത്രകൾ വശങ്ങളിലും താഴെയുമുള്ള ദ്രാവക തന്മാത്രകളാൽ ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു. തൽഫലമായി, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ താഴേക്ക് നയിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു മൊത്തം ബലമുണ്ട്. ഈ മൊത്തം ബലം താഴേക്ക് കാരണം, ഉപരിതലത്തിലുള്ള ദ്രാവകം അതിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം കുറയ്ക്കുകയും കഴിയുന്നത്ര ചുരുങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഇത് ഉപരിതലത്തിലെ ദ്രാവക പാളി ഒരു നേർത്ത ഇലാസ്റ്റിക് മെംബ്രൺ കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞിരിക്കുന്നതുപോലെ തോന്നിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. 

ജലോപരിതലത്തിൽ ക്ലിപ്പ് ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം സ്ഥാപിക്കുമ്പോൾ, ഉപരിതലത്തിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ജല തന്മാത്രകൾ ഒരു പരിധിവരെ അമർത്തപ്പെടുന്നു ഗുരുത്വാകർഷണം ക്ലിപ്പ്, അങ്ങനെ താഴെയുള്ള ജല തന്മാത്രകൾ ക്ലിപ്പിനെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിന് മുകളിലേക്ക് പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്ന ശക്തി നൽകുന്നു (വീണ്ടും ഓർമ്മിക്കുക) ഇലാസ്തികതയും ഹുക്കിന്റെ നിയമവും).

വാസ്തവത്തിൽ, പേപ്പർ ക്ലിപ്പുകൾ മാത്രമല്ല നിങ്ങൾക്ക് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്നത്; അവ സൂചികൾ പോലുള്ള മറ്റ് വസ്തുക്കളും ആകാം. നിങ്ങൾ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം ഒരു സൂചി ജലോപരിതലത്തിൽ വച്ചാൽ, അത് പൊങ്ങിക്കിടക്കും. അതുകൊണ്ടാണ് പ്രാണികൾക്ക് വെള്ളത്തിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കാൻ കഴിയുന്നത്.

ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക സമവാക്യം

ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക സമവാക്യം ഉരുത്തിരിയാൻ സഹായിക്കുന്നതിന്, U എന്ന അക്ഷരത്തിന്റെ ആകൃതിയിൽ വളഞ്ഞ ഒരു വയർ നമുക്ക് പരിഗണിക്കാം. U വയറിന്റെ രണ്ട് കാലുകളിലും മറ്റൊരു നേരായ വയർ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, അവിടെ നേരായ വയർ നീക്കാൻ കഴിയും.

ഈ വയർ ഒരു സോപ്പ് ലായനിയിൽ ഇട്ടാൽ, അത് നീക്കം ചെയ്തതിനുശേഷം വയറിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ സോപ്പ് വെള്ളത്തിന്റെ ഒരു പാളി രൂപം കൊള്ളും. സോപ്പ് കുമിളകൾ പോലെ തന്നെ. നേരായ വയർ നീക്കാൻ കഴിയുന്നതിനാലും അതിന്റെ പിണ്ഡം വളരെ വലുതല്ലാത്തതിനാലും, സോപ്പ് വെള്ളത്തിന്റെ പാളി നേരായ വയറിൽ ഒരു ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലം നൽകും, അങ്ങനെ നേരായ വയർ മുകളിലേക്ക് നീങ്ങും (അമ്പടയാളത്തിന്റെ ദിശ ശ്രദ്ധിക്കുക). നേരായ വയർ ചലിക്കാതിരിക്കാൻ (വയർ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലാണ്), താഴേക്ക് നയിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു മൊത്തം ബലം ആവശ്യമാണ്, ഇവിടെ മൊത്തം ബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തി F = w + T ആണ്. സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ, F = നേരായ വയറിൽ സോപ്പ് വെള്ളത്തിന്റെ പാളി ചെലുത്തുന്ന ബലം.

ഒരു നേരായ കമ്പിയുടെ നീളം l ആണെന്ന് കരുതുക. നേരായ കമ്പിയിൽ സ്പർശിക്കുന്ന സോപ്പ് വെള്ളത്തിന്റെ പാളിക്ക് രണ്ട് പ്രതലങ്ങളുള്ളതിനാൽ, സോപ്പ് വെള്ള പാളി സൃഷ്ടിക്കുന്ന ബലം 2l നീളത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. സോപ്പ് പാളിയിലെ പ്രതല പിരിമുറുക്കം ബലം (F) യും ബലം പ്രവർത്തിക്കുന്ന പ്രതലത്തിന്റെ നീളവും (d) തമ്മിലുള്ള അനുപാതമാണ്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, പ്രതലത്തിന്റെ നീളം 2l ആണ്. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി, ഇത് ഇങ്ങനെ എഴുതിയിരിക്കുന്നു:

ഉപരിതല ബലവും യൂണിറ്റ് നീളവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതമായതിനാൽ, യൂണിറ്റുകൾ ന്യൂട്ടൺ പെർ മീറ്ററിൽ (N/m) അല്ലെങ്കിൽ ഡൈൻ പെർ സെന്റീമീറ്ററിൽ (dyn/cm) ആണ്.

പരീക്ഷണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ലഭിച്ച ചില ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക മൂല്യങ്ങൾ താഴെ കൊടുക്കുന്നു.

മുകളിലുള്ള ഡാറ്റയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, താപനില ഒരു ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കത്തെ ബാധിക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു. സാധാരണയായി, താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, മൂല്യം കുറയുന്നു. കാരണം താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ദ്രാവക തന്മാത്രകൾ വേഗത്തിൽ നീങ്ങുന്നു, ഇത് ദ്രാവക തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം കുറയ്ക്കുന്നു. തൽഫലമായി, ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക മൂല്യവും കുറയുന്നു.

ദൈനംദിന ജീവിതത്തിലെ പ്രയോഗം

നമ്മൾ വസ്ത്രങ്ങൾ സോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് കഴുകുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് നിങ്ങൾ എപ്പോഴെങ്കിലും ചിന്തിച്ചിട്ടുണ്ടോ? പ്രശ്നം എന്തെന്നാൽ, ശരിക്കും വൃത്തിയുള്ള വസ്ത്രങ്ങൾ ലഭിക്കാൻ, വെള്ളം നാരുകളിലെ വളരെ ഇടുങ്ങിയ വിടവുകളിലൂടെ കടന്നുപോകണം. ഇതിന് ജലത്തിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം കാരണം ഇത് നേടാൻ വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. ഇഷ്ടപ്പെട്ടാലും ഇല്ലെങ്കിലും, ജലത്തിന്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം ആദ്യം കുറയ്ക്കണം. ചൂടുവെള്ളം ഉപയോഗിച്ച് നമുക്ക് ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും. ജലത്തിന്റെ താപനില കൂടുന്തോറും നല്ലത്, ജലത്തിന്റെ താപനില കൂടുന്തോറും ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം കുറയും (പട്ടിക കാണുക). ഇത് ആദ്യത്തെ ബദലാണ്, ചൂടുവെള്ളത്തിൽ കളിക്കാൻ ഇഷ്ടപ്പെടുന്നവർ ഒഴികെ, ഇത് വളരെ അപൂർവമായി മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കൂ. മറ്റൊരു ബദൽ സോപ്പ് ഉപയോഗിക്കുന്നതാണ്.

20 താപനിലയിൽ ^oC, സോപ്പ് വെള്ളത്തിന്റെ ഉപരിതല ടെൻഷൻ മൂല്യം 25,00 mN/m ആണ്. ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ മൂല്യമുള്ള സോപ്പ് വെള്ളവും ചൂടുവെള്ളവും താരതമ്യം ചെയ്യാൻ ശ്രമിക്കുക? 100-ൽ ^oC, ചൂടുവെള്ളത്തിന്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക മൂല്യം = 58,90. 20 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് താപനിലയിൽ ^oസി, സോപ്പ് വെള്ളത്തിന്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം 25,00 mN/m ആണ്. സോപ്പ് ഉപയോഗിക്കുന്നത് കൂടുതൽ ഗുണകരമാണ്... വെള്ളവും ചൂടല്ല. നമ്മുടെ വസ്ത്രങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ ശരീരം സോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് എത്രത്തോളം വൃത്തിയാക്കാൻ കഴിയും എന്നതിനെ സ്വാധീനിക്കുന്ന മറ്റ് ഘടകങ്ങളുണ്ട്. അതിനാൽ, മുകളിൽ പറഞ്ഞവ ഒരു ഘടകം മാത്രമാണ്.

സോപ്പ് അല്ലെങ്കിൽ വെള്ളക്കുമിളകൾ എന്തിനാണ് വൃത്താകൃതിയിൽ കാണപ്പെടുന്നത്?

സോപ്പ് കുമിളകൾ അഥവാ ജലത്തുള്ളികൾ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം മൂലമാണ് ഗോളാകൃതിയിലുള്ളത്. ആദ്യം സോപ്പ് കുമിളകളെക്കുറിച്ച് ചർച്ച ചെയ്യാം. സോപ്പ് കുമിളകൾക്ക് അവയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ രണ്ട് നേർത്ത സ്തരങ്ങളുണ്ട്, അവയ്ക്കിടയിൽ ഒരു നേർത്ത ജല പാളിയുണ്ട്.

ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം സ്തരത്തെ ചുരുങ്ങാൻ കാരണമാകുന്നു, ഇത് അതിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം കുറയ്ക്കുന്നു. സോപ്പ് കലർന്ന ജല സ്തര ചുരുങ്ങുകയും അതിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം കുറയ്ക്കാൻ ശ്രമിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, സ്തരത്തിന്റെ പുറംഭാഗത്തിനും (അന്തരീക്ഷമർദ്ദം) സ്തരത്തിന്റെ ഉൾഭാഗത്തിനും ഇടയിൽ വായു മർദ്ദത്തിൽ വ്യത്യാസം ഉണ്ടാകുന്നു. സ്തരത്തിനുള്ളിലെ വായു മർദ്ദം കുറവായതിനാൽ സ്തരത്തിന് പുറത്തുള്ള വായു മർദ്ദം (അന്തരീക്ഷമർദ്ദം) സോപ്പ് കലർന്ന ജല സ്തരത്തെ അത് ചുരുങ്ങുമ്പോൾ തള്ളിവിടുന്നു.

മെംബ്രൺ ചുരുങ്ങുമ്പോൾ, ഉള്ളിലെ വായു (രണ്ട് മെംബ്രണുകൾക്കിടയിൽ കുടുങ്ങിക്കിടക്കുന്ന വായു) കംപ്രസ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു, ഇത് സങ്കോചം നിലയ്ക്കുന്നത് വരെ മെംബ്രണിനുള്ളിലെ വായു മർദ്ദം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, സങ്കോചം നിലയ്ക്കുമ്പോൾ, മെംബ്രണുകൾക്കിടയിലുള്ള വായു മർദ്ദം അന്തരീക്ഷമർദ്ദത്തിന് തുല്യമാണ് + മെംബ്രണുകളെ സങ്കോചിപ്പിക്കുന്ന ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലം.

അപ്പോൾ ഒരു ടാപ്പിൽ നിന്ന് വരുന്ന മഞ്ഞുതുള്ളികളോ വെള്ളത്തുള്ളികളോ എന്താണ്? അവ അടിസ്ഥാനപരമായി ഒന്നുതന്നെയാണ്, കാരണം പ്രാഥമിക കാരണം ഉപരിതല പിരിമുറുക്കമാണ്. ഒരു സോപ്പ് കുമിളയുടെ രണ്ട് പ്രതലങ്ങളിൽ രണ്ട് നേർത്ത സ്തരങ്ങളുണ്ടെങ്കിലും, ഒരു ജലത്തുള്ളിക്ക് തുള്ളിയുടെ പുറത്ത് ഒരു നേർത്ത സ്തരമേ ഉള്ളൂ. ഉള്ളിൽ വെള്ളം നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു. തുള്ളിയുടെ പുറം ഭാഗം അകത്തേക്ക് വലിക്കപ്പെടുന്നു. തൽഫലമായി, വെള്ളം ചുരുങ്ങുന്നു, അതിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം കുറയ്ക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു. ബാഹ്യ അന്തരീക്ഷമർദ്ദം ജലത്തുള്ളിയെ കംപ്രസ് ചെയ്യാൻ സഹായിക്കുന്നു. ജലത്തിന്റെ ഉള്ളിലെ മർദ്ദം അന്തരീക്ഷമർദ്ദവും ജല സ്തരത്തെ സങ്കോചിപ്പിക്കുന്ന ശക്തിയും തുല്യമാകുമ്പോൾ സങ്കോചം നിലയ്ക്കുന്നു.