Liquidi (fisica): definizione, proprietà ed esempi

Il liquido è uno dei quattro stati della materia, gli altri sono solido, gas e plasma. Lo studio della fisica associata ai liquidi è un'area sorprendentemente ampia. Ma se consideri quanto della tua vita dipenda dall'acqua che scorre attraverso i tubi, o che le barche siano in grado di galleggiare nell'oceano, o addirittura il tuo sciroppo per pancake sia in grado di defluire correttamente dal suo contenitore, è facile capire perché lo studio e la comprensione dei liquidi sono importante.

Esistono quattro stati principali della materia: stato solido, stato liquido, stato gassoso e plasma. La materia può cambiare da uno stato all'altro a seconda delle condizioni di pressione e temperatura.

In un solido, le molecole del materiale sono strettamente legate e il materiale mantiene la sua forma. In un liquido, le molecole sono legate meno strettamente e sono in grado di scorrere o scorrere l'una sull'altra. In un gas, le molecole si separano l'una dall'altra. Un gas riempirà sempre il contenitore in cui si trova e può facilmente espandersi e contrarsi, mentre liquidi e solidi non possono (o almeno non nella stessa misura). A

Quando un gas si condensa e le molecole si avvicinano abbastanza da influenzarsi a vicenda e aderire, si trasforma in una forma liquida. Questo di solito richiede il raffreddamento, che rimuove energia dal sistema.

Quando qualcosa in forma solida si scioglie, diventa liquido. Ciò richiede tipicamente il riscaldamento che aggiunge energia al sistema. All'aumentare della temperatura del materiale, il movimento molecolare aumenta e supera le forze intermolecolari cercando di tenere insieme rigidamente le molecole.

Come accennato in precedenza, il liquido è uno stato della materia. L'incomprimibilità dei liquidi significa che hanno una volume fisso (volume definito) e non si espandono o si contraggono in modo significativo come potrebbe fare un gas.

In un liquido, le molecole sono unite debolmente da forze coesive e possono fluire liberamente l'una sull'altra. I liquidi prendono la forma della parte inferiore del contenitore in cui si trovano e non mantengono una forma definita come fanno i solidi.

I liquidi sono spesso classificati come a fluido, che è un'etichetta più ampia applicata sia ai liquidi che ai gas. Un fluido è una sostanza che può scorrere e molte delle leggi della fisica che si applicano al flusso di un liquido si applicano anche al flusso dei gas.

Esempi di liquidi si possono trovare ovunque intorno a te. Quella con cui probabilmente hai più familiarità è l'acqua perché è necessaria per la vita e copre circa il 71 percento della superficie terrestre. Poiché l'acqua è in forma liquida a temperature standard sulla Terra, si ritiene che sia la ragione per cui la vita è stata in grado di formarsi e prosperare qui.

Ci sono, ovviamente, molte altre sostanze che sono liquide a temperatura ambiente tra cui alcol, benzina e persino mercurio.

Le sostanze che esistono in forma liquida solo a temperature molto più basse includono acetilene, anidride carbonica, metano e azoto liquido. Le sostanze che esistono in forma liquida solo a temperature molto più elevate includono alluminio e molti altri metalli, carbonio, porcellana e sabbia.

Cristalli liquidi è uno stato della materia tra liquido e solido. Alcune sostanze hanno essenzialmente due diversi punti di fusione: uno in cui diventano un cristallo liquido e un altro punto più alto in cui diventano un liquido normale. I cristalli liquidi possono fluire come un liquido, ma mostrano anche simmetrie tipicamente associate ai solidi cristallini. I cristalli liquidi sono utilizzati nei display di orologi, calcolatrici e televisori.

La pressione è una misura della forza per unità di superficie. In una sostanza liquida, tutte le molecole liquide premono l'una contro l'altra e creano un pressione interna. Puoi immaginare che anche le pareti del contenitore sentano questa forza per unità di area, e se dovessi fare un buco, la pressione farebbe uscire il liquido.

La pressione in un liquido è anche il motivo per cui sei in grado di galleggiare in una piscina. La forza associata contrasta la gravità.

Il valore della pressione in un liquido dipende dalla densità del liquido e dalla profondità. La relazione è la seguente:

Dove P è la pressione, ρ è la densità, d è profondità, e g è l'accelerazione di gravità.

Il fatto che la pressione aumenti con la profondità è il motivo per cui i subacquei devono stare attenti. Devono permettere ai loro corpi di acclimatarsi ad aumenti e diminuzioni di pressione per evitare lesioni.

Per il liquido in un tubo, le differenze di pressione lungo il tubo faranno scorrere il liquido. Questo perché la pressione è essenzialmente una forza e una forza sbilanciata provoca un cambiamento nel movimento.

Come probabilmente saprai, alcuni oggetti galleggiano e alcuni oggetti affondano, e anche quelli che affondano tendono a farlo lentamente. Questo ci dice che deve esserci una forza applicata dal liquido che contrasta la gravità. Questa forza è chiamata forza di galleggiamento. Il principio di Archimede descrive il forza di galleggiamento in un liquido, cioè la forza che fa galleggiare gli oggetti.

Archimede afferma molto semplicemente il valore della forza di galleggiamento: è uguale al peso del fluido spostato dall'oggetto sommerso. Questo peso è facilmente calcolabile come il prodotto del volume dell'oggetto (o della porzione dell'oggetto) che è sommerso, la densità del liquido e g, l'accelerazione di gravità.

Poiché la forza di gravità su un oggetto è il prodotto della sua massa e g, e la sua massa è uguale a prodotto del suo volume e della sua densità, è facile vedere che per galleggiare, gli oggetti devono essere meno densi di acqua.

Un'altra proprietà dei liquidi è la viscosità. La viscosità è una misura di quanto è sottile o denso un liquido o della sua resistenza al flusso o agli oggetti che lo attraversano. Se confrontassi lo sciroppo con l'acqua, ad esempio, noterai che l'acqua si riversa più velocemente e più rapidamente dello sciroppo denso. Questo perché lo sciroppo ha una viscosità maggiore. Si dice che sia più viscoso.

La viscosità è causata dall'attrito tra le molecole negli strati di un fluido che scorre. Maggiore è l'attrito, maggiore è la viscosità. I fattori che determinano la viscosità di un liquido includono la temperatura e la forma molecolare.