மேற்பரப்பு இழுவிசை

மேற்பரப்பு இழுவிசையைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

ஒரு திரவத்தின் மேற்பரப்பு கடினமடைந்து, மெல்லிய சவ்வு போன்ற தோற்றத்தை உருவாக்குவதால் பரப்பு இழுவிசை ஏற்படுகிறது. இது நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான பிணைப்பு விசைகளால் பாதிக்கப்படுகிறது. இந்த விளக்கத்தை நன்கு புரிந்துகொள்ள, பின்வரும் எடுத்துக்காட்டைக் கவனியுங்கள். ஒரு கொள்கலனில் உள்ள திரவத்தைக் கருத்தில் கொள்வோம்.

திரவ மூலக்கூறுகள் பொதுவாக ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன. ஒரு திரவத்தின் உள்ளே, ஒவ்வொரு திரவ மூலக்கூறும் அதன் இருபுறமும் மற்ற மூலக்கூறுகளால் சூழப்பட்டுள்ளது; ஆனால் திரவத்தின் மேற்பரப்பில், பக்கங்களிலும் கீழேயும் மட்டுமே திரவ மூலக்கூறுகள் உள்ளன. மேலே வேறு திரவ மூலக்கூறுகள் இல்லை. திரவ மூலக்கூறுகள் ஒன்றையொன்று ஈர்ப்பதால், திரவத்தின் உட்புறத்தில் உள்ள மூலக்கூறுகளின் மீது செயல்படும் நிகர விசை பூஜ்ஜியமாகும். இதற்கு நேர்மாறாக, மேற்பரப்பில் உள்ள திரவ மூலக்கூறுகள், பக்கங்களிலும் கீழேயும் உள்ள திரவ மூலக்கூறுகளால் ஈர்க்கப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக, திரவத்தின் மேற்பரப்பில் கீழ்நோக்கிய திசையில் ஒரு நிகர விசை செயல்படுகிறது. இந்த கீழ்நோக்கிய நிகர விசையின் காரணமாக, மேற்பரப்பில் உள்ள திரவம் அதன் பரப்பளவைக் குறைத்து, முடிந்தவரை சுருங்க முனைகிறது.

இதனால், மேற்பரப்பில் உள்ள திரவப் படலம், ஒரு மெல்லிய மீள் தன்மை கொண்ட சவ்வால் மூடப்பட்டிருப்பது போல் தோற்றமளிக்கிறது. 

கிளிப்பை நீரின் மேற்பரப்பில் கவனமாக வைக்கும்போது, ​​மேற்பரப்பில் உள்ள நீர் மூலக்கூறுகள் கிளிப்பின் ஈர்ப்பு விசையால் லேசாக அழுத்தப்படுகின்றன. அதனால், கீழே உள்ள நீர் மூலக்கூறுகள் கிளிப்பைத் தாங்குவதற்காக ஒரு மேல்நோக்கிய மீள்விசையைச் செலுத்துகின்றன ( மீள்தன்மை மற்றும் ஹூக் விதியை நினைவுகூர்க ).

உண்மையில், காகிதக் கிளிப்புகள் மட்டுமே நீங்கள் பயன்படுத்தக்கூடிய பொருள் அல்ல; ஊசிகள் போன்ற மற்ற பொருட்களையும் பயன்படுத்தலாம். நீங்கள் ஒரு ஊசியை தண்ணீரின் மேற்பரப்பில் கவனமாக வைத்தால், அது மிதக்கும். இதனால்தான் பூச்சிகளாலும் தண்ணீரில் மிதக்க முடிகிறது.

மேற்பரப்பு இழுவிசை சமன்பாடு

பரப்பு இழுவிசை சமன்பாட்டை வருவிப்பதற்கு, 'U' வடிவில் வளைக்கப்பட்ட ஒரு கம்பியை நாம் எடுத்துக் கொள்கிறோம். அந்த 'U' வடிவக் கம்பியின் இரண்டு கால்களிலும் மற்றொரு நேரான கம்பி இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இதில் நேரான கம்பியை நகர்த்த முடியும்.

இந்தக் கம்பியை ஒரு சோப்புக் கரைசலில் போட்டால், அதை வெளியே எடுத்த பிறகு கம்பியின் மேற்பரப்பில் சோப்பு நீர் படலம் உருவாகும். இது சோப்புக் குமிழ்களை விளையாடும்போது ஏற்படுவதைப் போன்றது. நேரான கம்பியை நகர்த்த முடிவதாலும், அதன் நிறை மிக அதிகமாக இல்லாததாலும், அந்த சோப்பு நீர் படலம் நேரான கம்பியின் மீது ஒரு பரப்பு இழுவிசையை வழங்கும். அதனால் நேரான கம்பி மேல்நோக்கி நகரும் (அம்புக்குறியின் திசையைக் கவனிக்கவும்). நேரான கம்பி நகராமல் இருக்க (கம்பி சமநிலையில் உள்ளது), கீழ்நோக்கிய திசையில் ஒரு மொத்த விசை தேவைப்படுகிறது, இங்கு மொத்த விசையின் அளவு F = w + T ஆகும். சமநிலையில், F = நேரான கம்பியின் மீது சோப்பு நீர் படலத்தால் செலுத்தப்படும் விசை.

ஒரு நேரான கம்பியின் நீளம் l என வைத்துக்கொள்வோம். அந்த நேரான கம்பியைத் தொடும் சோப்பு நீர்ப் படலத்திற்கு இரண்டு பரப்புகள் இருப்பதால், சோப்பு நீர்ப் படலத்தால் உருவாக்கப்படும் விசை 2l நீளத்திற்குச் செயல்படுகிறது. சோப்புப் படலத்தின் மீதான பரப்பு இழுவிசை என்பது, விசைக்கும் (F) மற்றும் விசை செயல்படும் பரப்பின் நீளத்திற்கும் (d) இடையேயான விகிதமாகும். இந்த நேர்வில், பரப்பின் நீளம் 2l ஆகும். கணிதரீதியாக, இது இவ்வாறு எழுதப்படுகிறது:

பரப்பு இழுவிசை என்பது விசைக்கும் ஓரலகு நீளத்திற்கும் உள்ள விகிதம் என்பதால், அதன் அலகுகள் நியூட்டன்/மீட்டர் (N/m) அல்லது டைன்/சென்டிமீட்டர் (dyn/cm) ஆகும்.

சோதனைகளின் அடிப்படையில் பெறப்பட்ட சில மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்புகள் பின்வருமாறு.

மேற்கண்ட தரவுகளின் அடிப்படையில், வெப்பநிலை ஒரு திரவத்தின் பரப்பு இழுவிசையைப் பாதிக்கிறது என்று தெரிகிறது. பொதுவாக, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது, ​​அதன் மதிப்பு குறைகிறது. இதற்குக் காரணம், வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது, ​​திரவ மூலக்கூறுகள் வேகமாக நகர்வதால், அவற்றுக்கிடையேயான இடைவினை குறைகிறது. இதன் விளைவாக, பரப்பு இழுவிசை மதிப்பும் குறைகிறது.

அன்றாட வாழ்வில் பயன்பாடு

நாம் ஏன் துணிகளை சோப்பு போட்டு துவைக்கிறோம் என்று நீங்கள் எப்போதாவது யோசித்ததுண்டா? பிரச்சனை என்னவென்றால், துணிகளை உண்மையாகவே சுத்தமாக்க, இழைகளுக்கு இடையே உள்ள மிகக் குறுகிய இடைவெளிகள் வழியாக நீர் செல்ல வேண்டும். இதற்கு நீரின் மேற்பரப்புப் பரப்பை அதிகரிக்க வேண்டும். மேற்பரப்பு இழுவிசை காரணமாக இதை அடைவது மிகவும் கடினம். விரும்பினாலும் விரும்பாவிட்டாலும், முதலில் நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசையைக் குறைக்க வேண்டும். வெந்நீரைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் நாம் மேற்பரப்பு இழுவிசையைக் குறைக்கலாம். நீரின் வெப்பநிலை அதிகமாக இருந்தால், மேற்பரப்பு இழுவிசை குறையும் என்பதால், வெப்பநிலை அதிகமாக இருப்பது நல்லது (அட்டவணையைப் பார்க்கவும்). இது முதல் மாற்று வழி மற்றும் வெந்நீருடன் விளையாட விரும்புபவர்களைத் தவிர, இது அரிதாகவே பயன்படுத்தப்படுகிறது. மற்றொரு மாற்று வழி சோப்பைப் பயன்படுத்துவதாகும்.

^{20 °} C வெப்பநிலையில் , சோப்பு நீரின் பரப்பு இழுவிசை மதிப்பு 25,00 mN/m ஆகும். சோப்பு நீரையும் சுடுநீரையும் ஒப்பிட்டுப் பாருங்கள், எந்த மதிப்பு மிகச் சிறியது? 100 ^° C வெப்பநிலையில், சுடுநீரின் பரப்பு இழுவிசை மதிப்பு = 58,90. 20 ^° C வெப்பநிலையில், சோப்பு நீரின் பரப்பு இழுவிசை மதிப்பு 25,00 mN/m ஆகும். சோப்பைப் பயன்படுத்துவது அதிக லாபம் தரும்... ஏனெனில் தண்ணீரும் சூடாக இருப்பதில்லை. சோப்பைக் கொண்டு நமது ஆடைகளையோ அல்லது உடல்களையோ எவ்வளவு நன்றாகச் சுத்தம் செய்ய முடியும் என்பதைப் பாதிக்கும் வேறு காரணிகளும் உள்ளன. எனவே, மேலே விளக்கப்பட்டது பாதிக்கும் காரணிகளில் ஒன்று மட்டுமே.

சோப்பு அல்லது தண்ணீர்க் குமிழ்கள் ஏன் வட்டமாக இருக்கின்றன?

சோப்புக் குமிழ்கள் அல்லது நீர்த்துளிகள், பரப்பு இழுவிசையின் காரணமாக கோள வடிவத்தில் உள்ளன. முதலில் சோப்புக் குமிழ்களைப் பற்றிப் பார்ப்போம். சோப்புக் குமிழ்களின் மேற்பரப்பில் இரண்டு மெல்லிய சவ்வுகளும், அவற்றுக்கு இடையில் ஒரு மெல்லிய நீர்ப்படலமும் உள்ளன.

மேற்பரப்பு இழுவிசையானது சவ்வைச் சுருங்கச் செய்து, அதன் பரப்பளவைக் குறைக்க முனைகிறது. சோப்பு நீர் சவ்வு சுருங்கி அதன் பரப்பளவைக் குறைக்க முயற்சிக்கும்போது, ​​சவ்வின் வெளிப்புறத்திற்கும் (வளிமண்டல அழுத்தம்) உட்புறத்திற்கும் இடையில் காற்று அழுத்த வேறுபாடு ஏற்படுகிறது. சவ்வின் உட்புறத்தில் காற்று அழுத்தம் குறைவாக இருப்பதால், சவ்வுக்கு வெளியே உள்ள காற்று அழுத்தமும் (வளிமண்டல அழுத்தம்) அது சுருங்கும்போது சோப்பு நீர் சவ்வைத் தள்ளுகிறது.

சவ்வு சுருங்கிய பிறகு, உள்ளே இருக்கும் காற்றும் (இரண்டு சவ்வுகளுக்கு இடையில் சிக்கியுள்ள காற்று) அழுத்தப்படுகிறது. இதனால், சுருக்கம் நிற்கும் வரை சவ்வின் உள்ளே உள்ள காற்று அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், சுருக்கம் நிற்கும் போது, ​​சவ்வுகளுக்கு இடையேயான காற்று அழுத்தம் என்பது, வளிமண்டல அழுத்தம் மற்றும் சவ்வுகளைச் சுருங்கச் செய்யும் பரப்பு இழுவிசை ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமமாக இருக்கும்.

அப்படியானால், குழாயிலிருந்து வரும் பனித்துளிகள் அல்லது நீர்த்துளிகளைப் பற்றி என்ன? அவை அடிப்படையில் ஒன்றுதான், ஏனெனில் அவற்றிற்கான முதன்மைக் காரணம் மேற்பரப்பு இழுவிசை ஆகும். ஒரு சோப்புக் குமிழியின் இரண்டு பரப்புகளிலும் இரண்டு மெல்லிய சவ்வுகள் இருப்பது போல, ஒரு நீர்த்துளிக்கு அதன் வெளிப்புறத்தில் ஒரே ஒரு மெல்லிய சவ்வு மட்டுமே உள்ளது. அதன் உட்புறம் நீரால் நிரம்பியுள்ளது. நீர்த்துளியின் வெளிப்புறம் உள்நோக்கி இழுக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, நீர் சுருங்கி, அதன் மேற்பரப்பைக் குறைக்க முனைகிறது. வெளிப்புற வளிமண்டல அழுத்தமும் நீர்த்துளியைச் சுருக்க உதவுகிறது. நீரின் உட்புறத்தில் உள்ள அழுத்தம், வளிமண்டல அழுத்தம் மற்றும் நீர் சவ்வைச் சுருக்கும் விசை ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமமாகும்போது இந்தச் சுருக்கம் நின்றுவிடுகிறது.