Sirt tarangligini tushunish
Sirt tarangligi suyuqlik yuzasi qattiqlashishi va yupqa membranaga o'xshash ko'rinish hosil qilishi tufayli yuzaga keladi. Bunga suv molekulalari orasidagi birlashuvchi kuchlar ta'sir qiladi. Bu tushuntirishni yaxshiroq tushunish uchun quyidagi misolni ko'rib chiqing. Keling, idishdagi suyuqlikni ko'rib chiqaylik.
Suyuq molekulalar odatda bir-birini tortadi. Suyuqlik ichida har bir suyuqlik molekulasi har ikki tomondan boshqa molekulalar bilan o'ralgan; lekin suyuqlik yuzasida yon va pastda faqat suyuqlik molekulalari mavjud. Yuqorida boshqa suyuqlik molekulalari yo'q. Suyuq molekulalar bir-birini tortgani uchun suyuqlikning ichki qismidagi molekulalarga nolga teng umumiy kuch ta'sir qiladi. Aksincha, sirtdagi suyuqlik molekulalari yon va pastdagi suyuqlik molekulalari tomonidan tortiladi. Natijada, suyuqlik yuzasida pastga yo'naltirilgan umumiy kuch mavjud. Ushbu umumiy kuch tufayli pastga yo'naltirilgan suyuqlik o'z sirt maydonini kamaytirishga moyil bo'ladi va iloji boricha qisqaradi.
Bu sirtdagi suyuqlik qatlamining yupqa elastik membrana bilan qoplangandek ko'rinishiga olib keladi.
Qisqich suv yuzasiga ehtiyotkorlik bilan joylashtirilganda, sirtda joylashgan suv molekulalari qisqichning tortishish kuchi bilan biroz bosiladi, shunda pastda joylashgan suv molekulalari qisqichni ushlab turish uchun yuqoriga qarab tiklovchi kuchni qo'llaydi ( elastiklik va Guk qonunini eslang ).
Aslida, qog'oz qisqichlardan foydalanishingiz mumkin bo'lgan yagona narsa emas; ular ignalar kabi boshqa narsalar ham bo'lishi mumkin. Agar siz ignani ehtiyotkorlik bilan suv yuzasiga qo'ysangiz, u suzib yuradi. Shuning uchun ham hasharotlar suv ustida suzib yurishlari mumkin.
Sirt tarangligi tenglamasi
Sirt tarangligi tenglamasini chiqarishga yordam berish uchun biz U shaklida egilgan simni ko'rib chiqamiz. U simining ikki oyog'iga yana bir to'g'ri sim biriktirilgan bo'lib, u yerda to'g'ri simni harakatlantirish mumkin.
Agar bu sim sovun eritmasiga solinsa, u olib tashlangandan so'ng, sim yuzasida sovunli suv qatlami hosil bo'ladi. Xuddi sovun pufakchalarini o'ynaganingizdek. To'g'ri simni siljitish mumkinligi va uning massasi juda katta bo'lmaganligi sababli, sovunli suv qatlami to'g'ri simga sirt taranglik kuchini ta'minlaydi, shunda to'g'ri sim yuqoriga qarab harakatlanadi (strelka yo'nalishiga e'tibor bering). To'g'ri simning harakatlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun (sim muvozanatda), pastga yo'naltirilgan umumiy kuch kerak, bu yerda umumiy kuchning kattaligi F = w + T ga teng. Muvozanatda F = sovunli suv qatlami tomonidan to'g'ri simga ta'sir qiladigan kuch.
To'g'ri simning uzunligi l ga teng deb faraz qilaylik. To'g'ri simga tegib turgan sovunli suv qatlami ikkita sirtga ega bo'lgani uchun, sovunli suv qatlami tomonidan hosil qilingan kuch 2l uzunlik bo'ylab ta'sir qiladi. Sovun qatlamidagi sirt tarangligi kuch (F) va kuch ta'sir qiladigan sirt uzunligi (d) o'rtasidagi nisbatdir. Bu holda sirt uzunligi 2l ga teng. Matematik jihatdan quyidagicha yoziladi:
Sirt tarangligi kuchning birlik uzunlikka nisbati bo'lgani uchun, birliklar metrga Nyuton (N/m) yoki santimetrga din (din/sm) dir.
Quyida tajribalar asosida olingan ba'zi sirt tarangligi qiymatlari keltirilgan.
Yuqoridagi ma'lumotlarga asoslanib, harorat suyuqlikning sirt tarangligiga ta'sir qiladi, degan xulosaga kelish mumkin. Odatda, harorat oshishi bilan bu qiymat kamayadi. Buning sababi shundaki, harorat oshishi bilan suyuqlik molekulalari tezroq harakatlanadi va bu suyuqlik molekulalari orasidagi o'zaro ta'sirni kamaytiradi. Natijada, sirt tarangligi qiymati ham pasayadi.
Kundalik hayotda qo'llanilishi
Nima uchun kiyimlarni sovun bilan yuvamiz, deb hech o'ylab ko'rganmisiz? Muammo shundaki, chinakam toza kiyimlarga ega bo'lish uchun suv tolalardagi juda tor bo'shliqlardan o'tishi kerak. Bu suvning sirt maydonini ko'paytirishni talab qiladi. Bunga sirt tarangligi tufayli erishish juda qiyin. Yoqsa ham, yo'qsa ham, avval suvning sirt tarangligini pasaytirish kerak. Biz issiq suv yordamida sirt tarangligini pasaytirishimiz mumkin. Suv harorati qanchalik yuqori bo'lsa, shuncha yaxshi, chunki suv harorati qanchalik yuqori bo'lsa, sirt tarangligi shunchalik past bo'ladi (jadvalga qarang). Bu birinchi alternativa va kamdan-kam hollarda qo'llaniladi, issiq suv bilan o'ynashni yoqtiradiganlar bundan mustasno. Yana bir alternativa - sovun ishlatish.
20 o C haroratda sovunli suvning sirt taranglik qiymati 25,00 mN/m ni tashkil qiladi. Sovunli suv va issiq suvni taqqoslab ko'ring, qaysi qiymat eng kichik? 100 o C da issiq suvning sirt taranglik qiymati = 58,90. 20 o C haroratda sovunli suvning sirt taranglik qiymati 25,00 mN/m ni tashkil qiladi. Sovundan foydalanish foydaliroq... suv ham issiq emas. Kiyimlarimiz yoki tanamizni sovun bilan qanchalik yaxshi tozalash mumkinligiga ta'sir qiluvchi boshqa omillar ham mavjud. Shunday qilib, yuqorida tushuntirilgan narsa ta'sir qiluvchi omillardan faqat bittasi.
Nima uchun sovun yoki suv pufakchalari yumaloq?
Sovun pufakchalari yoki suv tomchilari sirt tarangligi tufayli sharsimon shaklga ega. Avval sovun pufakchalarini muhokama qilaylik. Sovun pufakchalari yuzasida ikkita yupqa membrana bor, ular orasida yupqa suv qatlami mavjud.
Sirt tarangligi membrananing qisqarishiga olib keladi va uning sirt maydonini kamaytirishga moyil bo'ladi. Sovunli suv membranasi qisqarganda va sirt maydonini kamaytirishga harakat qilganda, membrananing tashqi tomoni (atmosfera bosimi) va ichki tomoni o'rtasida havo bosimida farq paydo bo'ladi. Membrananing tashqarisidagi havo bosimi (atmosfera bosimi) ham sovunli suv membranasini qisqarganda itaradi, chunki membrana ichidagi havo bosimi pastroq.
Membrana qisqargandan so'ng, ichidagi havo (ikki membrana orasida qolgan havo) ham siqiladi va qisqarish to'xtaguncha membrana ichidagi havo bosimini oshiradi. Boshqacha qilib aytganda, qisqarish to'xtaganda, membranalar orasidagi havo bosimi atmosfera bosimi + membranalarni qisqaradigan sirt taranglik kuchiga teng bo'ladi.
Xo'sh, jo'mrakdan chiqadigan shudring tomchilari yoki suv tomchilari haqida nima deyish mumkin? Asosan, ular bir xil, chunki asosiy sabab sirt tarangligi. Sovun pufagining ikki yuzasida ikkita yupqa membrana bo'lsa, suv tomchisining faqat bitta yupqa membranasi bor, u suv tomchisining tashqi tomonida. Ichki qismi suv bilan to'ldirilgan. Suv tomchisining tashqi tomoni ichkariga tortiladi. Natijada, suv qisqaradi va uning sirt maydonini kamaytirishga moyil bo'ladi. Tashqi atmosfera bosimi ham suv tomchisini siqishda yordam beradi. Suvning ichki qismidagi bosim atmosfera bosimi + suv membranasini siqish kuchiga teng bo'lganda, qisqarish to'xtaydi.
