Течности (физика): Определение, свойства и примери

Течността е едно от четирите състояния на материята, останалите са твърдо, газово и плазмено. Изследването на физиката, свързана с течностите, е изненадващо голяма област. Но когато помислите каква част от живота ви зависи от водата, която тече през тръби, или от лодките, които могат да плават в океана, или дори вашият палачинков сироп може да тече правилно от контейнера си, лесно е да разберете защо проучването и разбирането на течностите е важно.

Има четири основни състояния на материята: твърдо състояние, течно състояние, газово състояние и плазма. Материята може да се променя от едно състояние в друго в зависимост от условията на налягане и температура.

В твърдо, молекулите на материала са плътно свързани и материалът поддържа формата си. В течност, молекулите са по-малко плътно свързани и са в състояние да се плъзгат или да протичат една след друга. В газ, молекулите се отделят една от друга. Газът винаги ще запълва контейнера, в който се намира, и може лесно да се разширява и свива, докато течностите и твърдите вещества не могат (или поне не в същата степен.) A

Когато газът кондензира и молекулите се сближат достатъчно, за да си въздействат и да се залепят, той се превръща в течна форма. Това обикновено изисква охлаждане, което премахва енергията от системата.

Когато нещо в твърда форма се стопи, то става течност. Това обикновено изисква отопление, което добавя енергия към системата. С увеличаване на температурата на материала молекулното движение се увеличава и преодолява междумолекулните сили, опитващи се да задържат молекулите твърдо заедно.

Както споменахме по-рано, течността е състояние на материята. Несвиваемостта на течностите означава, че те имат a фиксиран обем (определен обем) и не се разширяват или свиват по никакъв значителен начин, както би могъл газ.

В течност молекулите се съединяват слабо чрез сплотени сили и могат свободно да текат една друга. Течностите приемат формата на долната част на който и да е контейнер, в който се намират, и не поддържат определена форма като твърдите вещества.

Течностите често се категоризират като a течност, което е по-широк етикет, прилаган както за течности, така и за газове. Течността е вещество, което може да тече и много от законите на физиката, които се прилагат за потока на течността, се отнасят и за потока от газове.

Примери за течности можете да намерите навсякъде около вас. Тази, с която най-вероятно сте най-добре запозната, е водата, защото тя е необходима за живота и покрива около 71 процента от земната повърхност. Тъй като водата е в течна форма при стандартни температури на Земята, се смята, че това е причината животът да е могъл да се формира и процъфтява тук.

Има, разбира се, много други вещества, които са течни при стайна температура, включително алкохол, бензин и дори живак.

Веществата, които съществуват в течна форма само при много по-ниски температури, включват ацетилен, въглероден диоксид, метан и течен азот. Веществата, които съществуват в течна форма само при много по-високи температури, включват алуминий и много други метали, въглерод, порцелан и пясък.

Течен кристал е състояние на материята между течно и твърдо вещество. Някои вещества имат по същество две различни точки на топене: Една, при която те се превръщат в течен кристал, и друга по-висока точка, в която те се превръщат в обикновена течност. Течните кристали могат да текат като течност, но също така показват симетрия, обикновено свързана с кристални твърди вещества. Течните кристали се използват в дисплеи на часовници, калкулатори и телевизори.

Налягането е мярка за силата на единица площ. В течно вещество всички течни молекули се притискат една към друга и създават вътрешно налягане. Можете да си представите, че стените на контейнера също усещат тази сила на единица площ и ако трябва да пробиете дупка, налягането ще изтласка течността навън.

Налягането в течността е и причината да можете да плавате в плувен басейн. Свързаната сила противодейства на гравитацията.

Стойността на налягането в течността зависи от плътността и дълбочината на течността. Връзката е както следва:

Където P е натиск, ρ е плътност, д е дълбочина и ж е ускорението поради гравитацията.

Фактът, че налягането се увеличава с дълбочина, е защо водолазите трябва да бъдат внимателни. Те трябва да позволят на телата си да се адаптират към увеличаване и намаляване на налягането, за да се избегнат наранявания.

За течността в тръбата разликите в налягането по тръбата ще предизвикат течността да тече. Това е така, защото налягането по същество е сила, а небалансираната сила причинява промяна в движението.

Както вероятно сте наясно, някои обекти плават, а някои обекти потъват и дори тези, които потъват, обикновено правят това бавно. Това ни казва, че трябва да има сила, която течността прилага, която противодейства на гравитацията. Тази сила се нарича плаваща сила. Принципът на Архимед описва плаваща сила в течност, т.е. силата, която кара предметите да се носят.

Архимед заявява стойността на плаващата сила много просто: Тя е равна на теглото на течността, изместена от потопения обект. Това тегло се изчислява лесно като произведение на обема на обекта (или частта от обекта), който е потопен, плътността на течността и g, ускорението поради гравитацията.

Тъй като силата на гравитацията върху даден обект е произведение на неговата маса и g, а масата му е равна на продукт от неговия обем и плътност, лесно е да се види, че за да се носят, обектите трябва да са с по-малка плътност от вода.

Друго свойство на течностите е вискозитетът. Вискозитетът е мярка за това колко тънка или дебела е течността или нейното съпротивление да тече или към предмети, преминаващи през нея. Ако сравните сиропа с вода например, ще забележите, че водата се излива по-бързо и по-бързо от дебелия сироп. Това е така, защото сиропът има по-висок вискозитет. Казват, че е по-вискозно.

Вискозитетът се причинява от триене между молекулите в слоеве от течаща течност. Колкото по-голямо е триенето, толкова по-голям е вискозитетът. Факторите, които определят вискозитета на течностите, включват температура и молекулна форма.