Vedelik on üks neljast aine olekust, ülejäänud tahke aine, gaas ja plasma. Vedelike füüsika uurimine on üllatavalt suur ala. Kuid kui mõelda, kui suur osa teie elust sõltub sellest, kas vesi voolab torude kaudu või kui paadid saavad hõljuda ookeanis või isegi kui teie pannkoogisiirup mahutist korralikult voolab, on lihtne mõista, miks uuritakse ja mõistetakse vedelikke oluline.
Mateeria riigid
Aine on neli peamist olekut: tahkis, vedel olek, gaasi olek ja plasma. Materjal võib muutuda ühest olekust teise sõltuvalt rõhu ja temperatuuri tingimustest.
Sees tahke, on materjali molekulid tihedalt seotud ja materjal hoiab oma kuju. Sees vedel, on molekulid vähem tihedalt seotud ja võimelised üksteisest mööda libisema või voolama. Sees gaas, eralduvad molekulid üksteisest. Gaas täidab alati anuma, milles see on, ning seda saab hõlpsalt paisuda ja kokku tõmmata, samas kui vedelikud ja tahked ained ei saa (või vähemalt mitte samal määral) plasma on aine seisund, mis tekib gaasi kuumutamisel niipalju, et see ioniseerub.
Kui gaas kondenseerub ja molekulid muutuvad üksteise mõjutamiseks ja kinnitumiseks piisavalt lähedaseks, muutub see vedelaks. See nõuab tavaliselt jahutamist, mis eemaldab süsteemist energia.
Kui miski tahkel kujul sulab, muutub see vedelaks. See nõuab tavaliselt kütmist, mis lisab süsteemile energiat. Kui materjali temperatuur tõuseb, suureneb molekulaarne liikumine ja ületab molekulidevahelised jõud, mis üritavad molekule jäigalt koos hoida.
Vedeliku määratlus
Nagu varem mainitud, on vedelik aine seisund. Vedelike kokkusurumatus tähendab, et neil on a fikseeritud maht (kindel maht) ja ei laiene ega tõmbu kokku märkimisväärsel viisil nagu gaas võib.
Vedelikus ühendavad molekulid ühtekuuluvate jõudude abil nõrgalt ja võivad üksteisest vabalt mööda voolata. Vedelikud võtavad mis tahes mahuti põhjaosa kuju ja ei säilita kindlat kuju nagu tahked ained.
Vedelikud liigitatakse sageli a vedelik, mis on laiem silt nii vedelike kui ka gaaside kohta. Vedelik on aine, mis võib voolata ja paljud vedeliku voolu suhtes kehtivad füüsikaseadused kehtivad ka gaaside voolu kohta.
Näited vedelikest
Näiteid vedelike kohta leiate kõikjalt enda ümber. Tõenäoliselt tunnete kõige paremini vett, kuna see on eluks vajalik ja katab umbes 71 protsenti maakera pinnast. Kuna vesi on Maal standardsetel temperatuuridel vedelal kujul, arvatakse, et see on põhjus, miks elu siin tekkida ja õitseda suutis.
Muidugi on palju muid toatemperatuuril vedelaid aineid, sealhulgas alkohol, bensiin ja isegi elavhõbe.
Ainult vedelal kujul eksisteerivateks aineteks palju jahedamal temperatuuril on atsetüleen, süsinikdioksiid, metaan ja vedel lämmastik. Ainult vedelal kujul eksisteerivad ained on palju kõrgemad temperatuurid, sealhulgas alumiinium ja paljud muud metallid, süsinik, portselan ja liiv.
Vedelkristall on aine olek vedeliku ja tahke aine vahel. Mõnel ainel on sisuliselt kaks erinevat sulamistemperatuuri: ühest neist saavad vedelkristallid ja teisest kõrgemast hetkest tavalise vedeliku. Vedelad kristallid võivad voolata nagu vedelik, kuid neil võivad olla ka sümmeetriad, mis on tavaliselt seotud kristalliliste tahkete ainetega. Vedelkristalle kasutatakse kellade, kalkulaatorite ja telerite kuvarites.
Surve vedelikus
Rõhk on jõu mõõt pindalaühiku kohta. Vedelas aines suruvad kõik vedelad molekulid üksteise vastu ja loovad siserõhk. Võite ette kujutada, et anuma seinad tunnevad seda jõudu ka pindalaühiku kohta ja kui peaksite auku pistma, suruks rõhk vedeliku välja.
Vedeliku rõhk on ka põhjus, miks saate ujulas ujuda. Sellega seotud jõud neutraliseerib gravitatsiooni.
Vedeliku rõhu väärtus sõltub vedeliku tihedusest ja sügavusest. Seos on järgmine:
Kus P on surve, ρ on tihedus, d on sügavus ja g on gravitatsioonist tingitud kiirendus.
Tõsiasi, et rõhk suureneb sügavusega, peavad sukeldujad olema ettevaatlikud. Vigastuste vältimiseks peavad nad võimaldama oma kehal rõhu suurenemise ja vähenemisega kohaneda.
Torus oleva vedeliku korral põhjustavad toru rõhu erinevused vedeliku voolamist. Seda seetõttu, et rõhk on sisuliselt jõud ja tasakaalustamata jõud põhjustab liikumises muutusi.
Archimedese põhimõte
Nagu te tõenäoliselt teate, ujuvad mõned objektid ja mõned esemed vajuvad ning isegi need, mis vajuvad, kipuvad seda tegema aeglaselt. See ütleb meile, et vedelik peab rakendama jõudu, mis mõjub raskusjõule. Seda jõudu nimetatakse ujuvaks jõuks. Archimedese põhimõte kirjeldab ujuv jõud vedelikus, see tähendab jõud, mis paneb objektid hõljuma.
Archimedes ütleb ujuva jõu väärtuse väga lihtsalt: see on võrdne vedeliku massiga, mille veealune objekt on välja tõrjunud. Seda kaalu saab hõlpsasti arvutada vee alla vajunud eseme (või eseme osa), vedeliku tiheduse ja g, gravitatsioonist tingitud kiirenduse korrutisena.
Kuna eseme raskusjõud on tema massi ja g korrutis ning selle mass on võrdne selle mahu ja tiheduse korrutisena on lihtne mõista, et hõljumiseks peavad esemed olema vähem tihedad kui vesi.
Viskoossus ja vedelikud
Vedelike teine omadus on viskoossus. Viskoossus on vedeliku õhuke või paksus või selle vastupidavus voolamisele või seda läbivatele objektidele. Kui võrrelda näiteks siirupit veega, märkaksite, et vesi kallab kiiremini ja kiiremini kui paks siirup. Seda seetõttu, et siirupil on suurem viskoossus. Väidetavalt on see viskoossem.
Viskoossuse põhjustab molekulide vaheline hõõrdumine voolava vedeliku kihtides. Mida suurem on hõõrdumine, seda suurem on viskoossus. Vedelike viskoossust määravad tegurid hõlmavad temperatuuri ja molekulaarset kuju.