மேற்பரப்பு பதற்றம்

நீங்கள் எப்போதாவது சோப்புக் குமிழ்கள் விளையாடியிருக்கிறீர்களா? சோப்புக் குமிழ்கள் உருண்டையாக இருக்கும். வேடிக்கையாக இருக்கும். அதை ஊதலாம். பறந்த பிறகு, சோப்புக் குமிழ்கள் வெடிக்கும். ஆஹா, இது மிகவும் வேடிக்கையான, ஒரு குழந்தைப்பருவ விளையாட்டு. சோப்புக் குமிழ்கள் ஏன் உருண்டையாக இருக்கின்றன?

காலையில் எழுந்ததும், வீட்டைச் சுற்றியுள்ள இலைகளைக் கவனியுங்கள். இலைகளில் ஒட்டியுள்ள பனித்துளிகளைக் கவனியுங்கள். அது விசித்திரமாக இருக்கிறது; பனித்துளிகள் வட்டமாக இருக்கும். அது எப்படி அப்படி இருக்க முடியும்?

திரவத்தின் மேற்பரப்பு ஒரு மெல்லிய சவ்வு போலத் தோற்றமளிக்கும் வகையில் இறுக்கமடைவதால் பரப்பு இழுவிசை ஏற்படுகிறது. இது நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான ஒட்டுவிசையால் பாதிக்கப்படுகிறது. இந்த விளக்கத்தை நன்கு புரிந்துகொள்ள, பின்வரும் எடுத்துக்காட்டைக் கவனியுங்கள். ஒரு கொள்கலனில் உள்ள திரவத்தைப் பற்றி நாம் ஆராய்வோம்.

திரவத்தின் உள்ளே, ஒவ்வொரு திரவ மூலக்கூறும் இருபுறமும் மற்ற மூலக்கூறுகளால் சூழப்பட்டுள்ளது; ஆனால் திரவத்தின் மேற்பரப்பில், கீழே திரவ மூலக்கூறுகள் மட்டுமே உள்ளன. மேலே, வேறு திரவ மூலக்கூறுகள் இல்லை. திரவ மூலக்கூறுகள் ஒன்றையொன்று ஈர்ப்பதால், திரவத்தின் உள்ளே இருக்கும் மூலக்கூறுகளில் மொத்த விசை பூஜ்ஜியமாக உள்ளது. இதற்கு மாறாக, மேற்பரப்பில் அமைந்துள்ள திரவ மூலக்கூறுகள், கீழே உள்ள திரவத் துகள்களால் இழுக்கப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக, திரவத்தின் மேற்பரப்பில் கீழ்நோக்கிய மொத்த விசை ஒன்று செயல்படுகிறது. கீழ்நோக்கிய நிகர விசையின் காரணமாக, மேற்பரப்பில் உள்ள திரவமானது முடிந்தவரை கடினமாகச் சுருங்கி, அதன் பரப்பளவைக் குறைக்க முனைகிறது.

இதனால், மேற்பரப்பில் உள்ள திரவப் படலம் ஒரு மெல்லிய மீள் தன்மையுள்ள சவ்வினால் மூடப்பட்டிருப்பது போல் தோன்றும். இந்த நிகழ்வு மேற்பரப்பு இழுவிசை என்று அழைக்கப்படுகிறது.

கிளிப்பை நீரின் மேற்பரப்பில் கவனமாக வைக்கும்போது, ​​மேற்பரப்பில் உள்ள நீர் மூலக்கூறுகள் கிளிப்பின் ஈர்ப்பு விசையால் லேசாக அழுத்தப்படுகின்றன. அதனால், கீழே உள்ள நீர் மூலக்கூறுகள் கிளிப்பைத் தாங்குவதற்கான மீள்விசையை அளிக்கின்றன.

உண்மையில், கிளிப்புகள் அல்லது காகிதக் கிளிப்புகள் மட்டுமல்ல, ஊசிகள் போன்ற பிற பொருட்களும் இதற்குக் காரணமாகும். நாம் ஊசியை நீரின் மேற்பரப்பிற்கு மேலே கவனமாக வைத்தால், அந்த ஊசி மிதக்கும். திரவத்தின் மேற்பரப்பு இழுவிசையே பூச்சிகள் நீரில் மிதப்பதற்கும் ஒரு காரணமாகும்.

மேற்பரப்பு இழுவிசையின் சமன்பாடு

முந்தைய கலந்துரையாடலில், நாம் பரப்பு இழுவிசை என்ற கருத்தை பண்புரீதியாகப் படித்தோம் (அதற்குக் கணிதச் சமன்பாடு இல்லை). இப்போது நாம் பரப்பு இழுவிசையை அளவுரீதியாக மீள்பார்வை செய்வோம். பரப்பு இழுவிசைச் சமன்பாட்டை வருவிப்பதற்கு, 'U' என்ற எழுத்தை உருவாக்கும் வகையில் வளைக்கப்பட்ட ஒரு கம்பியை எடுத்துக்கொள்வோம். அந்த 'U' வடிவக் கம்பியின் இரண்டு கால்களிலும் மற்றொரு நேரான கம்பி இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இதில் அந்த நேரான கம்பியை நகர்த்த முடியும்.

இந்தக் கம்பியை சோப்புக்குள் செருகினால், அதை வெளியே எடுத்த பிறகு கம்பியின் மேற்பரப்பில் ஒரு சோப்பு நீர் படலம் உருவாகும். இது சோப்புக் குமிழ்களை வைத்து விளையாடுவதைப் போன்றது. நேரான கம்பியை நகர்த்த முடிவதாலும், அதன் நிறை அதிகமாக இல்லாததாலும், அந்த சோப்பு நீர் படலம் நேரான கம்பியின் மீது ஒரு பரப்பு இழுவிசையை ஏற்படுத்துகிறது, அதனால் கம்பி நேராக மேல்நோக்கிச் செல்கிறது. நேரான கம்பியை நகரவிடாமல் வைத்திருக்க (கம்பி சமநிலையில் இருக்க), ஒரு மொத்த கீழ்நோக்கிய விசை தேவைப்படுகிறது, இங்கு மொத்த விசையின் அளவு F = w + T ஆகும். சமநிலையில், F = நேரான கம்பியின் மீது சோப்புப் படலத்தால் செலுத்தப்படும் பரப்பு இழுவிசை.

ஒரு நேரான கம்பியின் நீளம் l என்று வைத்துக்கொள்வோம். நேரான கம்பியைத் தொடும் சோப்பு நீர்ப் படலத்திற்கு இரண்டு பரப்புகள் இருப்பதால், சோப்பு நீர்ப் படலத்தால் உருவாக்கப்படும் பரப்பு இழுவிசை 2l திசையில் செயல்படுகிறது. சோப்புப் படலத்தில் உள்ள பரப்பு இழுவிசை என்பது, பரப்பு இழுவிசை விசைக்கும் (F) அந்த விசை செயல்படும் பரப்பின் நீளத்திற்கும் (d) இடையேயான ஒப்பீடாகும். இந்த நேர்வில், பரப்பின் நீளம் 2l ஆகும். கணிதரீதியாக எழுதினால்:

பரப்பு இழுவிசை என்பது பரப்பு இழுவிசை விசைக்கும் நீளத்திற்கும் உள்ள விகிதம் என்பதால், பரப்பு இழுவிசையின் அலகு நியூட்டன்/மீட்டர் (N/m) அல்லது டைன்/சென்டிமீட்டர் (dynes/cm) ஆகும்.

சோதனைகளின் அடிப்படையில் பெறப்பட்ட சில மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்புகள் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

மேற்பரப்பு இழுவிசைத் தரவுகளின் அடிப்படையில், வெப்பநிலை பாய்மத்தின் மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்பைப் பாதிக்கிறது. பொதுவாக, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது, ​​மேற்பரப்பு இழுவிசையின் மதிப்பு குறைகிறது (ஒவ்வொரு வெப்பநிலையிலும் நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசையை ஒப்பிடுக. அட்டவணையைப் பார்க்கவும்). இதற்குக் காரணம், வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது, ​​திரவ மூலக்கூறுகள் வேகமாக நகர்வதால், அவற்றுக்கிடையேயான இடைவினையின் விளைவு குறைகிறது. இதன் விளைவாக, மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்பும் குறைந்தது.

அன்றாட வாழ்வில் பரப்பு இழுவிசைக் கருத்துகளின் பயன்பாடு

துணிகளை ஏன் சோப்பு போட்டு துவைக்க வேண்டும் என்று நீங்கள் எப்போதாவது யோசித்ததுண்டா? பிரச்சனை என்னவென்றால், நாம் துவைக்கும் துணிகள் மிகவும் சுத்தமாக இருக்கின்றன; துணி இழைகளுக்கு இடையே உள்ள மிகக் குறுகிய இடைவெளி வழியாகத்தான் தண்ணீர் செல்ல வேண்டும். இந்தக் காரணத்திற்காக, நீரின் மேற்பரப்புப் பரப்பை அதிகரிப்பது அவசியமாகிறது. ஆனால், மேற்பரப்பு இழுவிசை காரணமாக இதைச் செய்வது மிகவும் கடினம். தவிர்க்க முடியாமல், முதலில் மேற்பரப்பு இழுவிசையின் மதிப்பைக் குறைக்க வேண்டும். வெந்நீரைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் நாம் மேற்பரப்பு இழுவிசையைக் குறைக்கலாம். நீரின் வெப்பநிலை எவ்வளவு அதிகமாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு நல்லது. ஏனெனில், நீரின் வெப்பநிலை அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​மேற்பரப்பு இழுவிசை குறைவாக இருக்கும் (அட்டவணையைப் பார்க்கவும்). இது முதல் மாற்று வழி மற்றும் அரிதாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முறையாகும். மற்றொரு வழி சோப்பைப் பயன்படுத்துவதாகும்.

^{20 °} C வெப்பநிலையில் , சோப்பு நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்பு 25.00 mN/m ஆகும். சோப்பு மற்றும் சுடுநீரை ஒப்பிட்டுப் பாருங்கள், எதில் மிகக்குறைந்த மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்பு உள்ளது? 100 ^{° C வெப்பநிலையில், சுடுநீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்பு = 58.90. 20 °} C வெப்பநிலையில் , சோப்பின் மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்பு 25.00 mN/m ஆகும். சோப்பைப் பயன்படுத்துவது அதிக இலாபகரமானது. மேலே விளக்கப்பட்டது, பாதிப்பை ஏற்படுத்தும் காரணிகளில் ஒன்று மட்டும்தானா?

சோப்பு அல்லது தண்ணீர்க் குமிழி ஏன் வட்டமாக இருக்கிறது?

சோப்புக் குமிழ்கள் அல்லது நீர்த்துளிகள், பரப்பு இழுவிசையின் தாக்கத்தால் வட்டமாகக் காணப்படுகின்றன. முதலில், சோப்புக் குமிழ்களைப் பற்றிப் பார்ப்போம். சோப்புக் குமிழ்களின் மேற்பரப்பில் இரண்டு மெல்லிய சவ்வுகளும், அவற்றுக்கு இடையில் மெல்லிய நீர் அடுக்குகளும் உள்ளன.

மேற்பரப்பு இழுவிசையின் காரணமாக சவ்வு சுருங்கி, அதன் பரப்பளவைக் குறைக்க முனைகிறது. சோப்பு நீர் சவ்வு சுருங்கி அதன் பரப்பளவைக் குறைக்க முயற்சிக்கும்போது, ​​சவ்வின் வெளிப்புறத்தில் உள்ள காற்று அழுத்தத்திற்கும் (வளிமண்டல அழுத்தம்) மற்றும் அடுக்கின் உட்புறத்தில் உள்ள காற்று அழுத்தத்திற்கும் இடையே ஒரு வேறுபாடு ஏற்படுகிறது. சவ்வின் உட்புறத்தில் உள்ள காற்று அழுத்தம் குறைவாக இருப்பதால், அடுக்குக்கு வெளியே உள்ள காற்று அழுத்தமும் (வளிமண்டல அழுத்தம்) சுருங்கும் போது சோப்பு நீர் சவ்வைத் தள்ளுகிறது.

சவ்வு சுருங்கிய பிறகு, உள்ளே இருக்கும் காற்று (இரண்டு சவ்வுகளுக்கு இடையில் சிக்கியுள்ள காற்று) அடக்கப்பட்டு, சுருக்கம் இல்லாத வரை அந்த அடுக்கின் உள்ளே உள்ள காற்று அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், சுருக்கம் இல்லாதபோது, ​​சவ்வுகளுக்கு இடையேயான காற்று அழுத்தத்தின் அளவு, வளிமண்டல அழுத்தம் மற்றும் அடுக்கைச் சுருக்கும் மேற்பரப்பு இழுவிசை ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமமாக இருக்கும்.

அப்படியானால், குழாயிலிருந்து வரும் பனித்துளிகள் அல்லது நீர்த்துளிகளைப் பற்றி என்ன? அதேதான், ஏனெனில் அதன் முதன்மைக் காரணம் பரப்பு இழுவிசை. சோப்புக் குமிழ்களுக்கு இரண்டு பரப்புகளில் இரண்டு மெல்லிய சவ்வுகள் இருப்பது போல, நீர்த்துளிகளுக்கு ஒரே ஒரு மெல்லிய படலம் மட்டுமே உள்ளது, அதுவும் நீர்த்துளிகளின் வெளிப்புறத்தில். அதன் உட்புறம் முழுவதும் நீரால் நிரம்பியுள்ளது. ஒட்டுவிசையின் காரணமாக, பரப்பு இழுவிசை உருவாகிறது. நீர்த்துளியின் வெளிப்புறப் பகுதி உள்நோக்கி இழுக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, நீர் சுருங்கி, அதன் பரப்பளவைக் குறைக்க முனைகிறது. வெளிப்புறத்தில் உள்ள வளிமண்டல அழுத்தமும் நீர்த்துளிகளை அழுத்துகிறது. நீரின் உட்புறத்தில் உள்ள அழுத்தம், வளிமண்டல அழுத்தம் மற்றும் நீர் சவ்வைச் சுருக்கும் பரப்பு இழுவிசையின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமமாகும்போது இந்தச் சுருக்கம் நின்றுவிடும்.