ఉపరితల తన్యత

ఉపరితల తన్యతను అర్థం చేసుకోవడం

ద్రవం యొక్క ఉపరితలం గట్టిపడి, పలుచని పొరలాంటి రూపాన్ని ఏర్పరచడం వల్ల తలతన్యత ఏర్పడుతుంది. నీటి అణువుల మధ్య ఉండే సంసంజన బలాలు దీనిని ప్రభావితం చేస్తాయి. ఈ వివరణను మరింత బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి, కింది చిత్రాన్ని పరిశీలించండి. ఒక పాత్రలోని ద్రవాన్ని పరిగణిద్దాం.

ద్రవ అణువులు సాధారణంగా ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి. ఒక ద్రవం లోపల, ప్రతి ద్రవ అణువుకు ఇరువైపులా ఇతర అణువులు ఆవరించి ఉంటాయి; కానీ ద్రవం యొక్క ఉపరితలం వద్ద, ఇరువైపులా మరియు కింద కేవలం ద్రవ అణువులు మాత్రమే ఉంటాయి. పైన ఇతర ద్రవ అణువులు ఉండవు. ద్రవ అణువులు ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి కాబట్టి, ద్రవం లోపలి భాగంలోని అణువులపై నికర బలం శూన్యంగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ఉపరితలం వద్ద ఉన్న ద్రవ అణువులు, ఇరువైపులా మరియు కింద ఉన్న ద్రవ అణువులచే ఆకర్షించబడతాయి. ఫలితంగా, ద్రవం యొక్క ఉపరితలం వద్ద ఒక నికర బలం క్రిందికి పనిచేస్తుంది. ఈ క్రిందికి పనిచేసే నికర బలం కారణంగా, ఉపరితలం వద్ద ఉన్న ద్రవం తన ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి, సాధ్యమైనంత వరకు సంకోచించడానికి ప్రయత్నిస్తుంది.

దీనివల్ల ఉపరితలంపై ఉన్న ద్రవ పొర, ఒక పలుచని సాగే పొరతో కప్పబడినట్లుగా కనిపిస్తుంది. 

క్లిప్‌ను నీటి ఉపరితలంపై జాగ్రత్తగా ఉంచినప్పుడు, ఉపరితలంపై ఉన్న నీటి అణువులు క్లిప్ యొక్క గురుత్వాకర్షణ శక్తి వలన కొద్దిగా నొక్కబడతాయి, తద్వారా కింద ఉన్న నీటి అణువులు క్లిప్‌కు ఆసరాగా నిలబడటానికి పైకి నెట్టే బలాన్ని ప్రయోగిస్తాయి ( స్థితిస్థాపకత మరియు హుక్ నియమాన్ని గుర్తుచేసుకోండి ).

వాస్తవానికి, మీరు ఉపయోగించగలవి పేపర్ క్లిప్‌లు మాత్రమే కాదు; సూదుల వంటి ఇతర వస్తువులు కూడా కావచ్చు. మీరు ఒక సూదిని నీటి ఉపరితలంపై జాగ్రత్తగా ఉంచితే, అది తేలుతుంది. కీటకాలు నీటిపై తేలడానికి ఇది కూడా ఒక కారణం.

ఉపరితల తన్యత సమీకరణం

తలతన్యత సమీకరణాన్ని రాబట్టడానికి, మనం U అక్షరం ఆకారంలో వంచిన ఒక తీగను పరిగణిద్దాం. ఆ U తీగ యొక్క రెండు కాళ్ళకు మరొక నిటారు తీగను జతచేయబడింది, ఈ నిటారు తీగను కదపవచ్చు.

ఈ తీగను సబ్బు ద్రావణంలో ఉంచినట్లయితే, దానిని బయటకు తీసిన తర్వాత తీగ ఉపరితలంపై సబ్బు నీటి పొర ఏర్పడుతుంది. ఇది మీరు సబ్బు బుడగలతో ఆడుకున్నప్పుడు జరిగే దానిలాగే ఉంటుంది. నిటారుగా ఉన్న తీగను కదిలించవచ్చు మరియు దాని ద్రవ్యరాశి మరీ పెద్దది కానందున, సబ్బు నీటి పొర ఆ తీగపై తలతన్యత బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది, తద్వారా ఆ తీగ పైకి కదులుతుంది (బాణం గుర్తు దిశను గమనించండి). ఆ తీగ కదలకుండా నిలిపి ఉంచడానికి (తీగ సమతాస్థితిలో ఉండటానికి), కిందికి దిశానిర్దేశం చేయబడిన ఒక మొత్తం బలం అవసరం, ఇక్కడ మొత్తం బలం యొక్క పరిమాణం F = w + T. సమతాస్థితిలో, F = సబ్బు నీటి పొర ద్వారా తీగపై ప్రయోగించబడిన బలం.

ఒక సరళ తీగ పొడవు l అనుకుందాం. ఆ సరళ తీగను తాకే సబ్బు నీటి పొరకు రెండు ఉపరితలాలు ఉన్నందున, సబ్బు నీటి పొర ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే బలం 2l పొడవున పనిచేస్తుంది. సబ్బు పొరపై తలతన్యత అనేది బలం (F) మరియు ఆ బలం పనిచేసే ఉపరితలం యొక్క పొడవు (d) మధ్య గల నిష్పత్తి. ఈ సందర్భంలో, ఉపరితలం యొక్క పొడవు 2l. గణితశాస్త్రపరంగా దీనిని ఇలా వ్రాస్తారు:

ఉపరితల తన్యత అనేది బలానికి మరియు యూనిట్ పొడవుకు మధ్య గల నిష్పత్తి కాబట్టి, దాని యూనిట్లు న్యూటన్ పర్ మీటర్ (N/m) లేదా డైన్ పర్ సెంటీమీటర్ (dyn/cm) గా ఉంటాయి.

ప్రయోగాల ఆధారంగా పొందిన కొన్ని తలతన్యత విలువలు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి.

పై సమాచారం ఆధారంగా, ఉష్ణోగ్రత ఒక ద్రవం యొక్క తలతన్యతను ప్రభావితం చేస్తుందని తెలుస్తోంది. సాధారణంగా, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, దాని విలువ తగ్గుతుంది. ఎందుకంటే ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, ద్రవ అణువులు వేగంగా కదులుతాయి, దీనివల్ల ద్రవ అణువుల మధ్య పరస్పర చర్య తగ్గుతుంది. ఫలితంగా, తలతన్యత విలువ కూడా తగ్గుతుంది.

రోజువారీ జీవితంలో అనువర్తనం

మనం బట్టలను సబ్బుతో ఎందుకు ఉతుకుతామో మీరు ఎప్పుడైనా ఆలోచించారా? అసలు సమస్య ఏమిటంటే, బట్టలు నిజంగా శుభ్రంగా అవ్వాలంటే, నీరు బట్టల నారలలోని చాలా సన్నని సందుల గుండా ప్రవహించాలి. దీనికి నీటి ఉపరితల వైశాల్యాన్ని పెంచడం అవసరం. తలతన్యత కారణంగా దీనిని సాధించడం చాలా కష్టం. ఇష్టపడినా, ఇష్టపడకపోయినా, ముందుగా నీటి తలతన్యతను తగ్గించాలి. మనం వేడి నీటిని ఉపయోగించడం ద్వారా తలతన్యతను తగ్గించవచ్చు. నీటి ఉష్ణోగ్రత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే అంత మంచిది, ఎందుకంటే నీటి ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ తలతన్యత తగ్గుతుంది (పట్టికను చూడండి). ఇది మొదటి ప్రత్యామ్నాయం మరియు వేడి నీటితో ప్రయోగాలు చేయడం ఇష్టపడేవారు తప్ప, దీనిని అరుదుగా ఉపయోగిస్తారు. మరొక ప్రత్యామ్నాయం సబ్బును ఉపయోగించడం.

^{20 °} C ఉష్ణోగ్రత వద్ద , సబ్బు నీటి తలతన్యత విలువ 25,00 mN/m. సబ్బు నీటిని మరియు వేడి నీటిని పోల్చి చూడండి, ఏ విలువ అతి తక్కువగా ఉంటుంది? 100 ^° C వద్ద, వేడి నీటి తలతన్యత విలువ = 58,90. 20 ^° C ఉష్ణోగ్రత వద్ద, సబ్బు నీటి తలతన్యత విలువ 25,00 mN/m. సబ్బును ఉపయోగించడం మరింత లాభదాయకం... ఎందుకంటే నీరు కూడా వేడిగా ఉండదు. సబ్బుతో మన బట్టలను లేదా శరీరాన్ని ఎంత బాగా శుభ్రం చేయవచ్చో ప్రభావితం చేసే ఇతర కారకాలు కూడా ఉన్నాయి. కాబట్టి పైన వివరించినది ప్రభావితం చేసే కారకాలలో ఒకటి మాత్రమే.

సబ్బు లేదా నీటి బుడగలు ఎందుకు గుండ్రంగా ఉంటాయి?

తలతన్యత కారణంగా సబ్బు బుడగలు, లేదా నీటి బిందువులు, గోళాకారంలో ఉంటాయి. ముందుగా మనం సబ్బు బుడగల గురించి చర్చిద్దాం. సబ్బు బుడగల ఉపరితలంపై రెండు పలుచని పొరలు ఉంటాయి, వాటి మధ్య ఒక పలుచని నీటి పొర ఉంటుంది.

ఉపరితల తన్యత కారణంగా పొర సంకోచించి, దాని ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. సబ్బు నీటి పొర సంకోచించి, దాని ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి ప్రయత్నించినప్పుడు, పొర వెలుపల (వాతావరణ పీడనం) మరియు పొర లోపల గాలి పీడనంలో వ్యత్యాసం ఏర్పడుతుంది. పొర లోపల గాలి పీడనం తక్కువగా ఉండటం వల్ల, పొర సంకోచించినప్పుడు వెలుపల ఉన్న గాలి పీడనం (వాతావరణ పీడనం) కూడా సబ్బు నీటి పొరను నెడుతుంది.

పొర సంకోచించిన తర్వాత, దాని లోపల ఉన్న గాలి (రెండు పొరల మధ్య చిక్కుకున్న గాలి) కూడా సంపీడనం చెందుతుంది. దీనివల్ల, సంకోచం ఆగిపోయేంత వరకు పొర లోపల గాలి పీడనం పెరుగుతుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, సంకోచం ఆగిపోయినప్పుడు, పొరల మధ్య గాలి పీడనం అనేది వాతావరణ పీడనం మరియు పొరలను సంకోచింపజేసే తలతన్యత బలానికి సమానంగా ఉంటుంది.

మరి మంచు బిందువులు లేదా కుళాయి నుండి వచ్చే నీటి బిందువుల సంగతేంటి? అవి రెండూ ప్రాథమికంగా ఒకటే, ఎందుకంటే దీనికి ప్రధాన కారణం తలతన్యత. సబ్బు బుడగకు దాని రెండు ఉపరితలాలపై రెండు పలుచని పొరలు ఉండగా, నీటి బిందువుకు దాని బయటి వైపున ఒకే ఒక పలుచని పొర ఉంటుంది. దాని లోపలి భాగం నీటితో నిండి ఉంటుంది. బిందువు యొక్క బయటి భాగం లోపలికి లాగబడుతుంది. ఫలితంగా, నీరు సంకోచించి, దాని ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. బయటి వాతావరణ పీడనం కూడా నీటి బిందువును సంపీడనం చేయడానికి సహాయపడుతుంది. నీటి లోపలి పీడనం, వాతావరణ పీడనం మరియు నీటి పొరను సంకోచింపజేసే బలం యొక్క మొత్తానికి సమానమైనప్పుడు ఈ సంకోచం ఆగిపోతుంది.