Ha valaki megkérte, hogy határozza meg a "folyadék" fogalmát, akkor kezdje mindennapi tapasztalatait olyan dolgokkal, amelyeket ismer, amelyek folyadéknak minősülnek, és megpróbál általánosítani onnan. A víz természetesen a legfontosabb és mindenütt jelenlévő folyadék a Földön; egy dolog különbözteti meg, hogy nincs meghatározható alakja, hanem megfelel annak, ami tartalmazza, alakjának, legyen ez egy gyűszű vagy egy hatalmas mélyedés a bolygón. Valószínűleg a "folyadékot" társítja az "áramló" -hoz, például a folyó áramlásához vagy a szikla oldalán lefolyó olvadt jéghez.
Ennek a "Tudsz egy folyadékot, ha látsz egyet" ötletnek azonban vannak határai. A víz egyértelműen folyékony, akárcsak a szóda. De mi a helyzet a turmixmal, amely minden olyan felületre kiterjed, amelyre öntik, de lassabban, mint a víz vagy a szóda. És ha a turmix folyadék, akkor mit szólnál a fagylalthoz, amely éppen olvadni készül? Vagy maga a fagylalt? Amint ez megtörténik, a fizikusok segítőkészen elkészítették a folyadék hivatalos definícióit, az anyag másik két állapotával együtt.
Melyek az anyag különböző állapotai?
Az anyag három állapot egyikében létezhet: szilárd anyagként, folyadékként vagy gázként. Láthatja, hogy az emberek a folyékony és a folyékony anyagokat felcserélhetően használják a mindennapi nyelvekben, például: „Fogyasszon sok folyadékot, ha meleg időben edz”. "Fontos, hogy sok folyadékot fogyasszon egy maraton futásakor." De formailag az anyag folyékony állapota és az anyag gázállapota együttesen alkotja folyadékok. A folyadék minden olyan dolog, amely nem képes ellenállni a deformációnak. Bár nem minden folyadék folyadék, a folyadékokat szabályozó fizikai egyenletek egyetemesen érvényesek a folyadékokra és a gázokra is. Ezért minden matematikai problémát, amelyet megoldani kér, és amely folyadékokat tartalmaz, a folyadékdinamikát és kinetikát szabályozó egyenletek felhasználásával lehet kidolgozni.
A szilárd anyagok, folyadékok és gázok mikroszkopikus részecskékből készülnek, mindegyik viselkedése határozza meg az anyag keletkező állapotát. Egy szilárd anyagban a részecskék szorosan vannak csomagolva, általában szabályos mintázatúak; ezek a részecskék rezegnek, vagy "kirándulnak", de általában nem mozognak helyről-helyre. Egy gázban a részecskék jól elkülönülnek, és nincsenek szabályos elrendezésük; jelentős sebességgel rezegnek és szabadon mozognak. A folyadékban lévő részecskék közel vannak egymáshoz, bár nincsenek olyan szorosan csomagolva, mint a szilárd anyagok. Ezek a részecskék nincsenek szabályos elrendezésben, és ebben a tekintetben inkább a gázokra, mint a szilárd anyagokra hasonlítanak. A részecskék rezegnek, mozognak és elcsúsznak egymás mellett.
Mind a gázok, mind a folyadékok bármilyen konténert alakítanak ki, amelyet a szilárd anyagok nem tartalmaznak. A gázokat, mivel általában ilyen sok hely van a részecskék között, mechanikai erők könnyen összenyomják. A folyadékokat nem lehet könnyen összenyomni, és a szilárd anyagokat még mindig kevésbé. Mind a gázok, mind a folyadékok, amelyeket a fentiek szerint folyadéknak nevezünk, könnyen áramlanak; szilárd nem.
Melyek a folyadékok tulajdonságai?
Először is, a folyadékoknak van kinematikai tulajdonságok, vagy a folyadék mozgásával kapcsolatos tulajdonságok, például sebesség és gyorsulás. A szilárd anyagoknak természetesen vannak ilyen tulajdonságaik is, de a leírásra használt egyenletek eltérőek. Másodszor, a folyadékoknak van termodinamikai tulajdonságok, amelyek egy folyadék termodinamikai állapotát írják le. Ezek tartalmazzák:
- hőfok
- nyomás
- sűrűség
- belső energia
- specifikus entrópia
- specifikus entalpia
- mások
Ezek közül csak néhányat részletezünk itt. Végül a folyadékoknak számos különféle tulajdonsága van, amelyek nem tartoznak a másik két kategória egyikébe sem (például viszkozitás, a folyadék súrlódásának mértéke; felületi feszültség; és gőznyomás).
Milyen típusú folyadékok vannak?
A való életben a két legfontosabb folyadék a víz és a levegő. A víz mellett a folyadékok általános típusai az olaj, a benzin, a kerozin, az oldószerek és az italok. A leggyakrabban előforduló folyadékok közül sok, beleértve az üzemanyagokat és oldószereket is, mérgező, gyúlékony vagy egyéb módon veszélyes, így veszélyes legyen otthon, mert ha a gyerekek megfogják őket, összetéveszthetik őket iható folyadékokkal és elfogyaszthatják, ami súlyos egészségügyi vészhelyzetekhez vezethet.
Az emberi test és valójában szinte az egész élet túlnyomórészt víz. A vért nem tekintjük folyadéknak, mert a vérben lévő szilárd anyagok nem egyenletesen oszlanak el vagy teljesen feloldódnak benne. Ehelyett felfüggesztésnek számít. A vér plazmakomponense folyadéknak tekinthető a legtöbb célra. Ettől függetlenül a folyadék karbantartása létfontosságú a mindennapi életben. A legtöbb helyzetben az emberek nem gondolnak arra, hogy mennyire kritikusak az ivófolyadékok a túlélés szempontjából, mert a modern világban ritkán fordul elő, hogy nincs tiszta vízhez való hozzáférés. De az emberek rendszeresen fizikai problémákba ütköznek a túlzott folyadékveszteség következtében olyan sportversenyek során, mint a maratonok, focimeccsek és triatlonok, annak ellenére, hogy ezen események egy része szó szerint több tucat segélyállomást kínál, amelyek vizet, sportitalokat és energiagéleket kínálnak (ami folyadékok). Az evolúció érdekessége, hogy oly sok embernek sikerül kiszáradni, még akkor is, ha általában tudja mennyit kell inniuk ahhoz, hogy a legjobb teljesítményt érjék el, vagy legalábbis elkerüljék az orvosi felszámolást sátor.
Folyadékáramlás
A folyadékok fizikájának egy részét leírták, valószínűleg elegendőek ahhoz, hogy tartsa magát a folyékony tulajdonságokkal kapcsolatos alapvető tudományos beszélgetés során. A folyadékáramlás területén azonban különösen érdekessé válnak a dolgok.
A folyadékmechanika a fizika azon ága, amely a folyadékok dinamikai tulajdonságait tanulmányozza. Ebben a részben a levegő és más gázok jelentősége miatt a repülésben és más mérnöki területeken, A "folyadék" folyadékra vagy gázra vonatkozhat - minden olyan anyagra, amely az alakját egyenletesen megváltoztatja a külsőre reagálva erők. A folyadékok mozgását differenciálegyenletekkel lehet jellemezni, amelyek a számításból erednek. A folyadékok mozgása, akárcsak a szilárd anyagok mozgása, az áramlásban átadja a tömeget, a lendületet (a tömeg és a sebesség szorzata) és az energiát (az erő szorozva a távolsággal). Ezenkívül a folyadékok mozgását természetvédelmi egyenletekkel lehet leírni, például a Navier-Stokes-egyenletekkel.
A folyadékok mozgásának egyik módja, hogy a szilárd anyagok nem mozognak, az, hogy nyírást mutatnak. Ez annak a következménye, hogy a folyadék deformálható. A nyírás a folyadéktesten belüli differenciális mozgásokra utal, aszimmetrikus erők hatására. Ilyen például egy vízcsatorna, amely örvényeket és más lokalizált mozgásokat mutat, még akkor is, ha a víz egésze rögzített sebességgel mozog a csatornán térfogat / idő egységben kifejezve. A folyadék τ nyírófeszültsége (a görög tau betű) megegyezik a sebességgradienssel (du / dy), szorozva a μ dinamikus viszkozitással; vagyis τ = μ (du / dy).
A folyadékmozgással kapcsolatos egyéb fogalmak közé tartozik a vonóerő és az emelés, amelyek mindkettő döntő fontosságú a repüléstechnikában. A húzás egy ellenállási erő, amely kétféle formában jelentkezik: Felületi húzás, amely éppen az áthaladó test felszínére hat víz (pl. az úszó bőre), és a forma ellenállása, ami a test általános alakjával függ össze folyadék. Ez az erő meg van írva:
FD = CDρA (v2/2)
Ahol C egy állandó, amely az objektum jellegétől függ, és a ρ sűrűség, A keresztmetszeti terület és v a sebesség. Hasonlóképpen, az emelést, amely a folyadék mozgásának irányára merőlegesen ható nettó erő, a következő kifejezés írja le:
FL = CLρA (v2/2)
Folyadékok az emberi fiziológiában
A teljes testtömeg körülbelül 60 százaléka vízből áll. Ennek nagyjából kétharmada, vagyis az össztömeg 40 százaléka a sejtekben található, míg a másik harmada, vagyis a súlyának 20 százaléka az úgynevezett extracelluláris térben található. A vér vízkomponense ebben az extracelluláris térben található, és az összes extracelluláris víz körülbelül egynegyedét teszi ki, vagyis a test teljes mennyiségének 5 százalékát. Mivel vérének körülbelül 60 százaléka valóban plazmából áll, míg a másik 40 százaléka szilárd anyag (pl. vörösvértestek), kiszámíthatja, hogy mennyi vére van a testében a súly.
Egy 70 kg-os (154 font) ember testében körülbelül (0,60) (70) = 42 kg víz van. Harmada extracelluláris folyadék lenne, körülbelül 14 kg. Ennek egynegyede vérplazma lenne - 3,5 kg. Ez azt jelenti, hogy a személy teljes vérmennyisége körülbelül (3,5 kg / 0,6) = 5,8 kg.