რა თვისებები აქვს თხევადს?

თუ ვინმეს სთხოვა თქვენ განსაზღვროთ "სითხე", თქვენ შეგიძლიათ დაიწყოთ თქვენი ყოველდღიური გამოცდილებით ისეთი რამეებით, რაც თქვენ იცით, რაც თხევად მდგომარეობაშია და იქიდან ცდილობენ განზოგადებას. წყალი, რა თქმა უნდა, ყველაზე მნიშვნელოვანი და ყველგან საყოველთაო სითხეა დედამიწაზე; ერთი რამ, რაც მას განასხვავებს არის ის, რომ მას არ აქვს გარკვეული ფორმა, ნაცვლად იმისა, რომ შეესაბამებოდეს ფორმის მას, რაც მას შეიცავს, იქნება ეს თითები ან პლანეტის მასიური დეპრესია. თქვენ ალბათ "თხევადს" უკავშირებთ "დინებას", მაგალითად მდინარის დინებას, ან მდნარ ყინულს, რომელიც კლდის პირას მიედინება.

ამასთან, ამ "თქვენ თხევადი იცით, როდესაც ხედავთ" იდეას აქვს თავისი საზღვრები. წყალი აშკარად სითხეა, ისევე როგორც სოდა. რაც შეეხება მილქშეკს, რომელიც ავრცელებს ნებისმიერ ზედაპირზე, სადაც მას ასხამენ, მაგრამ უფრო ნელა, ვიდრე წყალი ან სოდა. და თუ Milkshake არის თხევადი, მაშინ რას იტყვით ნაყინზე, რომელიც დნება მალე? თუ თავად ნაყინი? როგორც ეს მოხდა, ფიზიკოსებმა დახმარებით შექმნეს თხევადი ფორმალური განმარტებები, მატერიის დანარჩენ ორ მდგომარეობასთან ერთად.

მატერია შეიძლება არსებობდეს სამ მდგომარეობაში ერთში: როგორც მყარი, თხევადი ან გაზი. თქვენ შეიძლება ნახოთ ადამიანები, რომლებიც ყოველდღიურად იყენებენ "თხევადს" და "სითხს", მაგალითად, "სვით ბევრი სითხე, როდესაც ვარჯიშობთ ცხელ ამინდში" და ”მარათონის გაშვებისას მნიშვნელოვანია ბევრი სითხის მიღება.” ფორმალურად, მატერიის თხევადი მდგომარეობა და მატერიალური გაზის მდგომარეობა ერთად შეადგენს სითხეები. სითხე არის ყველაფერი, რაც დეფორმაციას წინააღმდეგობის გაწევის უნარს მოკლებულია. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა სითხე სითხე არ არის, სითხის მმართველი ფიზიკური განტოლებები უნივერსალურად ვრცელდება როგორც სითხეებზე, ასევე გაზებზე. ამიტომ, ნებისმიერი მათემატიკური პრობლემის გადაჭრა, რომელიც თქვენ სთხოვს სითხეებს, შეიძლება შემუშავდეს სითხის დინამიკისა და კინეტიკის მარეგულირებელი განტოლებების გამოყენებით.

მყარი, სითხეები და გაზები მზადდება მიკროსკოპული ნაწილაკებისგან, თითოეული ქცევით განისაზღვრება მატერიის შედეგიანი მდგომარეობა. მყარი, ნაწილაკები მჭიდროდ არის შეფუთული, როგორც წესი, რეგულარული ფორმით; ეს ნაწილაკები ვიბრირებენ, ან "ხლართებიან", მაგრამ ზოგადად არ მოძრაობენ ადგილიდან ადგილას. გაზში ნაწილაკები კარგად არის გამოყოფილი და არ აქვთ რეგულარული განლაგება; ისინი ვიბრირებენ და თავისუფლად მოძრაობენ მნიშვნელოვანი სიჩქარით. თხევადი ნაწილაკები ახლოს არის ერთმანეთთან, თუმცა არც ისე მჭიდროდ არის შეფუთული, როგორც მყარი. ამ ნაწილაკებს არ აქვთ რეგულარული განლაგება და ამ მხრივ გაზებს უფრო ჰგვანან, ვიდრე მყარს. ნაწილაკები ვიბრირებენ, მოძრაობენ და ერთმანეთს სრიალებენ.

გაზები და სითხეები იღებენ კონტეინერების ფორმას, რასაც ისინი იკავებენ, მყარი ნივთიერებები არ აქვთ. გაზები, რადგან მათ ჩვეულებრივ აქვთ ამდენი ადგილი ნაწილაკებს შორის, ადვილად იკუმშება მექანიკური ძალებით. სითხეები ადვილად არ იკუმშება და მყარი მასალები მაინც ნაკლებად იკუმშება. გაზები და სითხეები, რომლებსაც, როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, სითხეებს უწოდებენ, ადვილად მიედინება; მყარი არ არის.

პირველი, სითხე აქვს კინემატიკური თვისებები, ან სითხის მოძრაობასთან დაკავშირებული თვისებები, როგორიცაა სიჩქარე და აჩქარება. მყარს, რა თქმა უნდა, აქვს ასეთი თვისებებიც, მაგრამ მათი აღსაწერად გამოყენებული განტოლებები განსხვავებულია. მეორე, სითხეებს აქვთ თერმოდინამიკური თვისებები, რომელიც აღწერს სითხის თერმოდინამიკურ მდგომარეობას. Ესენი მოიცავს:

• ტემპერატურა
  
• ზეწოლა
  
• სიმკვრივე
  
• შინაგანი ენერგია
  
• სპეციფიკური ენტროპია
  
• სპეციფიკური ენთალპია
  
• სხვები

აქედან მხოლოდ რამდენიმე დეტალურადაა აღწერილი. დაბოლოს, სითხეებს აქვს სხვადასხვა თვისებები, რომლებიც არ იყოფა არც სხვა ორ კატეგორიაში (მაგ., სიბლანტე, სითხის ხახუნის საზომი; ზედაპირული დაძაბულობა; და ორთქლის წნევა).

ორი სითხე, რომელიც რეალურ სამყაროში ყველაზე მეტად ინტერესდება, არის წყალი და ჰაერი. სითხეების საერთო ტიპები წყალთან ერთად მოიცავს ზეთს, ბენზინს, ნავთს, გამხსნელებს და სასმელებს. ბევრი ყველაზე ხშირად შემხვედრი სითხე, მათ შორის საწვავი და გამხსნელი, არის შხამიანი, აალებადი ან სხვაგვარად საშიში, რის გამოც ისინი საშიშია გქონდეთ სახლში, რადგან თუ ბავშვები დაეუფლებიან მათ, მათ შეიძლება დააბნიონ ისინი სასმელი სითხეებით და მოიხმარონ, რაც ჯანმრთელობის მძიმე გადაუდებელ შემთხვევებს გამოიწვევს.

ადამიანის სხეული და, ფაქტობრივად, თითქმის მთელი სიცოცხლე, უპირატესად წყალია. სისხლი თხევად არ არის მიჩნეული, რადგან სისხლში არსებული მყარი ნივთიერებები არ არის თანაბრად გაფანტული მთელ ან მთლიანად გახსნილი მასში. ამის ნაცვლად, ეს შეჩერებულად ითვლება. სისხლის პლაზმური კომპონენტი შეიძლება ჩაითვალოს თხევადი უმეტეს მიზნებისათვის. მიუხედავად ამისა, სითხის შენარჩუნება აუცილებელია ყოველდღიური ცხოვრებისათვის. უმეტეს სიტუაციებში ხალხი არ ფიქრობს იმაზე, თუ რამდენად კრიტიკულია სასმელი სითხე გადარჩენისთვის, რადგან თანამედროვე მსოფლიოში იშვიათად გვხვდება სუფთა წყლის მზაობა. მაგრამ ადამიანები ჩვეულებრივ განიცდიან ფიზიკურ პრობლემებს სპორტული შეჯიბრებების დროს, როგორიცაა მარათონი, ფეხბურთის თამაშები და triathlons, მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთ ამ ღონისძიებაში შედის ფაქტიურად ათობით სამედიცინო სადგური, რომლებიც გვთავაზობენ წყალს, სპორტულ სასმელებსა და ენერგეტიკულ გელს (რაც შეიძლება ჩაითვალოს სითხეები). ევოლუციის ცნობისმოყვარეობაა, რომ ამდენი ადამიანი ახერხებს დეჰიდრატაციას, მაშინაც კი, როცა ჩვეულებრივად იცის რამდენად უნდა დალიონ მათ, რათა მიაღწიონ საუკეთესო მაჩვენებლებს ან თუნდაც თავიდან აიცილონ სამედიცინო შემოწმება კარავი.

აღწერილია სითხის ფიზიკის ზოგიერთი ნაწილი, რაც ალბათ საკმარისია იმისთვის, რომ საშუალება გქონდეთ გამართოთ ძირითადი სამეცნიერო საუბარი თხევადი თვისებების შესახებ. ამასთან, ეს არის სითხის ნაკადის არეალში, სადაც ყველაფერი განსაკუთრებით საინტერესო ხდება.

სითხის მექანიკა არის ფიზიკის ის დარგი, რომელიც შეისწავლის სითხეების დინამიკურ თვისებებს. ამ ნაწილში, ჰაერისა და სხვა აირების მნიშვნელობის გამო, აერონავტიკაში და სხვა საინჟინრო დარგებში, "სითხე" შეიძლება ეხებოდეს თხევადს ან გაზს - ნებისმიერ ნივთიერებას, რომელიც გარედან გამოსვლისას ერთგვაროვნად იცვლის ფორმას ძალებს. სითხის მოძრაობას შეიძლება ახასიათებდეს დიფერენციალური განტოლებები, რომლებიც წარმოიქმნება გამოთვლიდან. სითხეების მოძრაობა, ისევე როგორც მყარი ნივთიერებების მოძრაობა, გადადის მასაში, იმპულსზე (მასა გამრავლებული სიჩქარეზე) და ენერგიაზე (ძალა გამრავლებული მანძილზე) ნაკადში. გარდა ამისა, სითხის მოძრაობა შეიძლება აღწერილი იყოს კონსერვაციის განტოლებებით, მაგალითად, ნავიერ-სტოქსის განტოლებები.

სითხეების გადაადგილების ერთ-ერთი გზა, რომლითაც მყარი ნივთიერებები არ მოძრაობს, არის ის, რომ ისინი გამოხატავენ გაჭრავს. ეს არის შედეგი იმ მზადყოფნისა, რომლითაც შესაძლებელია სითხის დეფორმაცია. Shearing გულისხმობს დიფერენციალურ მოძრაობებს სითხის სხეულში, ასიმეტრიული ძალების გამოყენების შედეგად. მაგალითად, არის წყლის არხი, რომელიც გამოხატავს დაბინძურებებსა და სხვა ლოკალიზებულ მოძრაობებს, მაშინაც კი, როდესაც წყალი, მთლიანობაში, არხში გადადის ფიქსირებული სიჩქარით დროის ერთეულის მიხედვით. სითხის წვეთოვანი სტრესი τ (ბერძნული ასო tau) უდრის სიჩქარის გრადიენტს (du / dy) გამრავლებული დინამიური სიბლანტის μ- ზე; ანუ τ = μ (du / dy).

სითხის მოძრაობასთან დაკავშირებული სხვა ცნებები მოიცავს ჩათრევას და ლიფტინგს, ორივე მათგანს გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს საავიაციო ინჟინერიაში. Drag არის მდგრადი ძალა, რომელიც გვხვდება ორი ფორმით: ზედაპირული ჩათრევა, რომელიც მოქმედებს სხეულის ზედაპირზე წყალი (მაგ., მოცურავის კანი) და ფორმის ჩათრევა, რაც უკავშირდება სხეულის საერთო ფორმას, რომელიც მოძრაობს სითხე. ეს ძალა დაწერილია:

ვ_დ = გ_დρA (v²/2)

სადაც C არის მუდმივი, რომელიც დამოკიდებულია ობიექტის ბუნებაზე, რომელსაც განიცდის ჩათრევას, ρ არის სიმკვრივე, A არის განივი სექცია და v არის სიჩქარე. ანალოგიურად, ლიფტი, რომელიც არის წმინდა ძალა, რომელიც მოქმედებს სითხის მოძრაობის მიმართულების პერპენდიკულარულად, აღწერილია ამ გამოთქმით:

ვ_ლ = გ_ლρA (v²/2)

თქვენი სხეულის საერთო წონის დაახლოებით 60 პროცენტი შედგება წყლისგან. ამის დაახლოებით ორი მესამედი, ანუ თქვენი საერთო წონის 40 პროცენტი უჯრედშია, ხოლო მეორე მესამედი, ანუ თქვენი წონის 20 პროცენტი იმყოფება გარეუჯრედულ სივრცეში. სისხლის წყლის კომპონენტი ამ უჯრედუჯრედულ სივრცეშია და მთლიანი გარეუჯრედული წყლის დაახლოებით ერთი მეოთხედია, ანუ ორგანიზმის მთლიანი 5 პროცენტი. ვინაიდან თქვენი სისხლის დაახლოებით 60 პროცენტი შედგება პლაზმისგან, ხოლო დანარჩენი 40 პროცენტი მყარია (მაგ., სისხლის წითელი უჯრედები), შეგიძლიათ გამოთვალოთ თუ რამდენი სისხლი გაქვთ თქვენს სხეულში თქვენი საფუძველზე წონა

70 კგ (154 გირვანქა) ადამიანს სხეულში დაახლოებით (0,60) (70) = 42 კგ წყალი აქვს. ერთი მესამედი იქნება უჯრედგარე სითხე, დაახლოებით 14 კგ. ამის მეოთხე იქნება სისხლის პლაზმა - 3,5 კგ. ეს ნიშნავს, რომ ამ ადამიანის ორგანიზმში სისხლის საერთო რაოდენობა იწონის დაახლოებით (3,5 კგ / 0,6) = 5,8 კგ.