کیا آپ نے کبھی صابن کے بلبلے کھیلے ہیں؟ صابن کا بلبلا گول۔ مضحکہ خیز اڑایا جا سکتا ہے۔ اڑنے کے بعد صابن کے بلبلے پھٹ جاتے ہیں۔ واہ، مزے کی بات ہے، بچپن کا کھیل۔ صابن کا بلبلہ گول کیوں ہوتا ہے؟
براہ کرم صبح اٹھیں، پھر گھر کے چاروں طرف پتوں کو دیکھیں۔ پتوں سے جڑی اوس کی بوندوں کا مشاہدہ کریں۔ یہ عجیب ہے؛ اوس کے قطرے گول ہیں۔ ایسا کیسے ہو سکتا ہے؟
سطح کا تناؤ اس لیے ہوتا ہے کیونکہ مائع کی سطح سخت ہوتی ہے تاکہ سطح ایک پتلی جھلی کی طرح نظر آئے۔ یہ پانی کے مالیکیولز کے درمیان ہم آہنگی قوت سے متاثر ہوتا ہے۔ اس وضاحت کو بہتر طور پر سمجھنے کے لیے، درج ذیل مثال پر غور کریں۔ ہم ایک کنٹینر میں مائع کا جائزہ لیتے ہیں۔
مائع کے اندر، ہر مائع مالیکیول ہر طرف دوسرے مالیکیولز سے گھرا ہوتا ہے۔ لیکن مائع کی سطح پر، نیچے صرف مائع مالیکیولز ہوتے ہیں۔ سب سے اوپر، کوئی اور مائع انو نہیں ہیں. چونکہ مائع کا مالیکیول ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتا ہے، اس لیے مائع کے اندر موجود مالیکیول میں صفر کی کل قوت ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، سطح پر واقع مائع کے مالیکیولز کو سیال کے ذرات کھینچتے ہیں جو نیچے کی طرف ہوتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، مائع کی سطح پر، ایک کل قوت ہے جو نیچے کی طرف ہدایت کی جاتی ہے. نیچے کی طرف خالص قوت کی وجہ سے، سطح پر واقع مائع اپنی سطح کے رقبے کو کم کرتا ہے، جتنا ممکن ہو سکے سخت سکڑ کر۔
اس کی وجہ سے سطح پر مائع کی تہہ ایسی ظاہر ہوتی ہے جیسے یہ ایک پتلی لچکدار جھلی سے ڈھکی ہوئی ہو۔ اس رجحان کو سطحی تناؤ کے نام سے جانا جاتا ہے۔
جب کلپ کو پانی کی سطح پر احتیاط سے رکھا جاتا ہے، تو سطح پر موجود پانی کے مالیکیولز کو کلپ کی کشش ثقل سے ہلکا سا دبایا جاتا ہے، تاکہ نیچے موجود پانی کے مالیکیول کلپ کو سہارا دینے کے لیے بحالی کی قوت فراہم کریں۔
حقیقت میں، یہ صرف کلپس یا کاغذی کلپس نہیں ہیں، بلکہ سوئیاں جیسی دوسری چیزیں بھی ہیں۔ اگر ہم احتیاط سے سوئی کو پانی کی سطح کے اوپر رکھیں تو سوئی تیرنے لگے گی۔ مائع کی سطح کا تناؤ بھی یہی وجہ ہے کہ کیڑے پانی پر تیر سکتے ہیں۔
سطحی تناؤ کی مساوات
پچھلی بحث میں، ہم نے سطحی تناؤ کے تصور کا معیاری طور پر مطالعہ کیا ہے (کوئی ریاضیاتی مساوات نہیں ہے)۔ اب ہم سطحی تناؤ کا مقداری جائزہ لیتے ہیں۔ سطحی تناؤ کی مساوات کو اخذ کرنے میں ہماری مدد کرنے کے لیے، ہم ایک تار کو دیکھتے ہیں جو حرف U بنانے کے لیے جھکا ہوا ہے۔ ایک اور سیدھی تار U تار کی دونوں ٹانگوں سے جڑی ہوئی ہے، جہاں سیدھی تار کو منتقل کیا جا سکتا ہے۔
اگر اس تار کو صابن میں ڈالا جائے تو اسے ہٹانے کے بعد تار کی سطح پر صابن والے پانی کی تہہ بن جائے گی۔ یہ ایسا ہی ہے جب آپ صابن کے بلبلے کھیلتے ہیں۔ چونکہ سیدھے تار کو منتقل کیا جاسکتا ہے اور اس کا حجم بہت زیادہ نہیں ہے، صابن والے پانی کی تہہ سیدھی تار پر سطحی تناؤ کو قوت دے گی تاکہ تار سیدھا اوپر جائے۔ سیدھی تار کو حرکت سے روکنے کے لیے (تار توازن میں ہے)، کل نیچے کی طرف قوت کی ضرورت ہوتی ہے، جہاں کل قوت کی مقدار F = w + T ہے۔ توازن میں، F = سطحی تناؤ کی قوت جو صابن کی تہہ سے سیدھے تار پر ہوتی ہے۔
فرض کریں کہ ایک سیدھی تار کی لمبائی l ہے۔ چونکہ صابن والے پانی کی تہہ جو سیدھے تار کو چھوتی ہے اس کی دو سطحیں ہوتی ہیں، اس لیے صابن والے پانی کی تہہ سے پیدا ہونے والی سطحی تناؤ قوت 2l کے ساتھ کام کرتی ہے۔ صابن کی تہہ میں سطح کا تناؤ سرفیس ٹینشن فورس (F) اور سطح کی لمبائی کے درمیان ایک موازنہ ہے جس پر قوت کام کرتی ہے (d)۔ اس صورت میں، سطح کی لمبائی 2l ہے. ریاضی کے لحاظ سے لکھا گیا:
چونکہ سطحی تناؤ سطحی تناؤ کی قوت اور لمبائی کے درمیان تناسب ہے، اس لیے سطحی تناؤ یونٹ نیوٹن فی میٹر (N/m) یا ڈائن فی سینٹی میٹر (ڈائنز/سینٹی میٹر) ہے۔
تجربات کی بنیاد پر حاصل کردہ کچھ سطحی تناؤ کی قدریں درج ذیل ہیں۔
سطحی تناؤ کے اعداد و شمار کی بنیاد پر، درجہ حرارت سیال کی سطح کے تناؤ کی قدر کو متاثر کرتا ہے۔ عام طور پر جب درجہ حرارت میں اضافہ ہوتا ہے تو سطحی تناؤ کی قدر کم ہو جاتی ہے (ہر درجہ حرارت پر پانی کی سطح کے تناؤ کا موازنہ کریں۔ جدول دیکھیں)۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ جب درجہ حرارت بڑھتا ہے تو مائع مالیکیولز تیزی سے حرکت کرتے ہیں تاکہ سیال کے مالیکیولز کے درمیان تعامل کا اثر کم ہو جائے۔ سطح کے تناؤ کے نتیجے میں قدر میں بھی کمی واقع ہوئی۔
روزمرہ کی زندگی میں سطحی تناؤ کے تصورات کا اطلاق
کیا آپ نے کبھی پوچھا کہ ہم صابن سے کپڑے کیوں دھوئیں؟ مسئلہ یہ ہے کہ جو کپڑے ہم دھوتے ہیں وہ واقعی صاف ہوتے ہیں۔ پانی کو کپڑے کے ریشوں میں ایک بہت ہی تنگ خلا سے گزرنا چاہیے۔ اس وجہ سے پانی کی سطح کے رقبے کو بڑھانا ضروری ہے۔ ٹھیک ہے، سطحی کشیدگی کی وجہ سے ایسا کرنا بہت مشکل ہے۔ لامحالہ سطح کے تناؤ کی قدر کو پہلے کم کیا جانا چاہیے۔ ہم گرم پانی کا استعمال کرکے سطح کے تناؤ کو کم کرسکتے ہیں۔ پانی کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، اتنا ہی بہتر ہے کیونکہ پانی کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، سطح کا تناؤ اتنا ہی کم ہوگا (ٹیبل دیکھیں)۔ یہ پہلا متبادل ہے اور شاذ و نادر ہی استعمال ہونے والا طریقہ ہے۔ دوسرا آپشن صابن کا استعمال کرنا ہے۔
20 o C کے درجہ حرارت پر ، صابن کے پانی کی سطح کی تناؤ کی قدر 25.00 mN/m ہے۔ صابن اور گرم پانی کے درمیان موازنہ کرنے کی کوشش کریں، سطح کی تناؤ کی سب سے چھوٹی قیمت کون سی ہے؟ 100 o C پر، گرم پانی کی سطح کے تناؤ کی قدر = 58.90۔ 20 o C کے درجہ حرارت پر ، صابن کی سطح کے تناؤ کی قدر 25.00 mN/m ہے۔ صابن کا استعمال زیادہ منافع بخش ہے۔ جو اوپر بیان کیا گیا ہے وہ صرف ایک اثر کرنے والے عوامل میں سے ایک ہے؟
صابن یا پانی کا بلبلہ گول کیوں ہوتا ہے؟
صابن کے بلبلے یا پانی کے قطرے گول ہوتے ہیں کیونکہ وہ سطح کے تناؤ سے متاثر ہوتے ہیں۔ سب سے پہلے، ہم صابن کے بلبلوں پر بات کرتے ہیں۔ صابن کے بلبلوں کی سطح پر دو پتلی جھلی ہوتی ہیں اور ان کے درمیان پانی کی پتلی پرتیں ہوتی ہیں۔
سطحی تناؤ کی موجودگی جھلی کے سکڑنے کا سبب بنتی ہے اور اس کی سطح کے رقبے کو کم کرتی ہے۔ جب صابن والے پانی کی جھلی سکڑتی ہے اور اپنی سطح کے رقبے کو کم کرنے کی کوشش کرتی ہے، تو جھلی کے باہر کے ہوا کے دباؤ (ماحول کا دباؤ) اور تہہ کے اندر کے ہوا کے دباؤ میں فرق ہوتا ہے۔ ہوا کا دباؤ جو تہہ سے باہر ہوتا ہے (ماحول کا دباؤ) صابن والے پانی کی جھلی کو دھکیلتا ہے جب یہ سکڑ رہا ہوتا ہے کیونکہ جھلی کے اندر ہوا کا دباؤ چھوٹا ہوتا ہے۔
جھلی کے سکڑنے کے بعد، اندر کی ہوا (دو جھلیوں کے درمیان پھنسی ہوئی ہوا) کو دبا دیا جاتا ہے، جس سے پرت کے اندر ہوا کا دباؤ بڑھ جاتا ہے جب تک کہ کوئی سکڑاؤ نہ ہو۔ دوسرے لفظوں میں، جب اب کوئی سکڑاؤ نہیں ہے، جھلیوں کے درمیان ہوا کے دباؤ کی مقدار وہی ہوتی ہے جو کہ وایمنڈلیی دباؤ + سطحی تناؤ کی قوت ہے جو تہہ کو جھریاں دیتی ہے۔
پھر نل سے نکلنے والی شبنم یا پانی کے قطروں کا کیا ہوگا؟ ایک ہی کیونکہ بنیادی وجہ سطح کی کشیدگی ہے. اگر صابن کے بلبلوں کی دو سطحوں پر دو پتلی جھلی ہوتی ہے، تو پانی کے قطروں میں صرف ایک پتلی تہہ ہوتی ہے، جو پانی کے قطروں کے باہر ہوتی ہے۔ اندر پانی بھرا ہوا ہے۔ ہم آہنگی قوت کی وجہ سے سطحی تناؤ پیدا ہوتا ہے۔ پانی کے قطرے کا بیرونی حصہ اندر کھینچا جاتا ہے۔ نتیجتاً، پانی سکڑ جاتا ہے اور اس کی سطح کا رقبہ کم ہو جاتا ہے۔ باہر کا ہوا کا دباؤ پانی کے قطروں کو بھی دباتا ہے۔ سکڑاؤ اس وقت رک جائے گا جب پانی کے اندر کا دباؤ ماحولیاتی دباؤ کے برابر ہو + سطحی تناؤ کی قوت جو پانی کی جھلی کو محدود کرتی ہے۔
