Kokios yra skysčio savybės?

Jei kas nors paprašytų apibrėžti „skystis“, galite pradėti nuo kasdienės patirties su jums pažįstamais dalykais, kurie laikomi skysčiais, ir bandyti apibendrinti iš ten. Vanduo, žinoma, yra svarbiausias ir visur esantis skystis Žemėje; vienas dalykas, kuris jį išskiria, yra tai, kad jis neturi jokios apibrėžtos formos, o atitinka bet kokio, kuriame jis yra, formą, ar tai būtų antpirštis, ar didžiulė depresija planetoje. Tikriausiai jums „skystis“ asocijuojasi su „tekančiu“, pavyzdžiui, upės srove ar ištirpusiu ledu, tekančiu uolos šonu.

Tačiau ši idėja „Tu žinai skysčių, kai pamatai vieną“ turi ribas. Vanduo akivaizdžiai yra skystis, kaip ir soda. Bet ką daryti su pieno kokteiliu, kuris pasklinda ant bet kokio paviršiaus, ant kurio pilamas, bet lėčiau nei vanduo ar soda. O jei pieno kokteilis yra skystis, tai kaip ledai, kurie dar tik ištirps? Ar patys ledai? Kaip tai atsitinka, fizikai naudingai sukūrė oficialius skysčio apibrėžimus kartu su kitomis dviem materijos būsenomis.

Materija gali egzistuoti vienoje iš trijų būsenų: kaip kieta medžiaga, skystis ar dujos. Gali būti, kad žmonės kasdien vartoja „skystus“ ir „skystus“ žodžius, pvz.: „Gerkite daug skysčių, kai sportuojate karštu oru“ ir - Bėgdami maratoną svarbu suvartoti daug skysčių. Tačiau formaliai susidaro skystoji materijos būsena ir materijos dujų būsena skysčių. Skystis yra viskas, kas neturi galimybių atsispirti deformacijai. Nors ne visi skysčiai yra skysčiai, skysčius reguliuojančios fizinės lygtys visuotinai taikomos skysčiams, taip pat dujoms. Todėl bet kokią matematinę problemą, kurios prašote išspręsti ir kurioje yra skysčių, galima išsiaiškinti naudojant skysčių dinamiką ir kinetiką reguliuojančias lygtis.

Kietosios medžiagos, skysčiai ir dujos yra pagamintos iš mikroskopinių dalelių, kurių kiekvieno elgesys lemia gautą medžiagos būseną. Kietojoje medžiagoje dalelės yra sandariai supakuotos, paprastai taisyklingo modelio; šios dalelės vibruoja arba „džiglioja“, bet apskritai nejuda iš vienos vietos į kitą. Dujose dalelės yra gerai atskirtos ir neturi taisyklingo išsidėstymo; jie vibruoja ir laisvai juda dideliu greičiu. Skystyje esančios dalelės yra arti viena kitos, nors nėra taip sandariai supakuotos, kaip kietosios medžiagos. Šios dalelės nėra taisyklingai išsidėsčiusios ir šiuo atžvilgiu panašios į dujas, o ne į kietąsias medžiagas. Dalelės vibruoja, juda ir slenka viena pro kitą.

Tiek dujos, tiek skysčiai įgauna bet kokių konteinerių, kuriuos jie užima, formą. Dujos, kadangi jose paprastai yra tiek daug vietos tarp dalelių, lengvai suspaudžiamos mechaninėmis jėgomis. Skysčiai nėra lengvai suspausti, o kietosios medžiagos vis tiek yra mažiau suspaustos. Tiek dujos, tiek skysčiai, kurie, kaip minėta aukščiau, kartu vadinami skysčiais, teka lengvai; kietosios medžiagos nėra.

Pirma, skysčiai turi kinematinės savybėsarba su skysčio judėjimu susijusios savybės, tokios kaip greitis ir pagreitis. Kietosios medžiagos, žinoma, taip pat turi tokių savybių, tačiau joms apibūdinti naudojamos lygtys yra skirtingos. Antra, skysčiai turi termodinaminės savybės, kurie apibūdina skysčio termodinaminę būseną. Jie apima:

• temperatūra
  
• spaudimas
  
• tankis
  
• vidinė energija
  
• specifinė entropija
  
• specifinė entalpija
  
• kiti

Čia bus išsamiai aprašyti tik keli iš jų. Galiausiai skysčiai turi daugybę įvairių savybių, kurios nepriklauso nė vienai iš kitų dviejų kategorijų (pvz., Klampa, skysčio trinties matas; paviršiaus įtempimas; ir garų slėgis).

Du realiame pasaulyje svarbiausi skysčiai yra vanduo ir oras. Be vandens, įprastos skysčių rūšys yra nafta, benzinas, žibalas, tirpikliai ir gėrimai. Daugelis dažniausiai sutinkamų skysčių, įskaitant kurą ir tirpiklius, yra nuodingi, degūs ar kitaip pavojingi, todėl yra pavojingi turėti namuose, nes jei vaikai juos sulaiko, jie gali juos supainioti su geriamaisiais skysčiais ir suvartoti, todėl gali kilti sunkių sveikatos sutrikimų.

Žmogaus kūnas, o iš tikrųjų beveik visas gyvenimas, daugiausia yra vanduo. Kraujas nelaikomas skysčiu, nes kraujyje esančios kietosios medžiagos nėra tolygiai išsisklaidžiusios arba joje visiškai ištirpusios. Užuot tai laikoma sustabdymu. Daugeliu atvejų kraujo plazmos komponentas gali būti laikomas skysčiu. Nepaisant to, skysčių priežiūra yra gyvybiškai svarbi kasdieniame gyvenime. Daugeliu atvejų žmonės negalvoja apie tai, kaip geriami skysčiai yra kritiški išgyvenimui, nes šiuolaikiniame pasaulyje retai nėra galimybės gauti švaraus vandens. Tačiau žmonės paprastai patiria fizinių problemų dėl per didelio skysčių praradimo per sporto varžybas, tokias kaip maratonai, futbolo varžybos ir kt triatlonai, nors kai kurie iš šių renginių apima tiesiog kelias dešimtis pagalbos stočių, siūlančių vandenį, sportinius gėrimus ir energetinius gelius skysčiai). Evoliucijos smalsumas yra tas, kad tiek daug žmonių sugeba dehidruoti net ir paprastai žinodami kiek jie turi išgerti, kad pasiektų aukščiausią rezultatą ar bent jau išvengtų likvidavimo medicinoje palapinė.

Kai kurios skysčių fizikos aprašytos, tikriausiai pakanka, kad galėtumėte atsilaikyti pagrindiniame moksliniame pokalbyje apie skysčių savybes. Tačiau viskas tampa ypač įdomu skysčių tekėjimo srityje.

Skysčių mechanika yra fizikos šaka, tirianti dinamines skysčių savybes. Šiame skyriuje dėl oro ir kitų dujų svarbos aeronautikoje ir kitose inžinerijos srityse „skystis“ gali reikšti arba skystį, arba dujas - bet kokią medžiagą, kuri, reaguodama į išorinę, tolygiai keičia formą jėgos. Skysčių judėjimą galima apibūdinti diferencialinėmis lygtimis, kurios kyla iš skaičiavimo. Skysčių judėjimas, kaip ir kietųjų medžiagų judėjimas, sraute perduoda masę, impulsą (masė ir greitis) ir energiją (jėga, padauginta iš atstumo). Be to, skysčių judėjimą galima apibūdinti išsaugojimo lygtimis, pavyzdžiui, Navierio-Stokeso lygtimis.

Vienas iš būdų, kuriuo skysčiai juda, kad nejudėtų, yra tai, kad jie turi kirpimą. Tai yra pasirengimo skysčiams deformuotis pasekmė. Kirpimas reiškia skirtingus judesius skysčio kūne, atsirandantį dėl asimetrinių jėgų veikimo. Pavyzdys yra vandens kanalas, kuris pasižymi sūkuriais ir kitais lokalizuotais judesiais, net kai visas vanduo juda kanalu fiksuotu greičiu, kalbant apie tūrį per laiko vienetą. Skysčio kirpimo įtempis τ (graikų raidė tau) yra lygus greičio gradientui (du / dy), padaugintam iš dinaminės klampos μ; tai yra τ = μ (du / dy).

Kitos su skysčių judėjimu susijusios sąvokos apima tempimą ir pakėlimą, kurie abu yra labai svarbūs aviacijos inžinerijoje. Vilkimas yra varžinė jėga, kuri pasireiškia dviem pavidalais: paviršiaus tempimas, veikiantis tik judančio kūno paviršių vandenį (pvz., plaukiko odą) ir suformuoti tempimą, kuris yra susijęs su bendra kūno forma, judančia per skystis. Ši jėga parašyta:

F_D = C_DρA (v²/2)

Kur C yra konstanta, kuri priklauso nuo objekto pobūdžio, patiriančio pasipriešinimą, ρ yra tankis, A yra skerspjūvio plotas ir v yra greitis. Panašiai pakėlimas, kuris yra grynoji jėga, veikianti statmenai skysčio judėjimo krypčiai, apibūdinama posakiu:

F_L = C_LρA (v²/2)

Apie 60 procentų viso kūno svorio sudaro vanduo. Maždaug du trečdaliai arba 40 procentų viso jūsų svorio yra ląstelių viduje, o kitas trečdalis arba 20 procentų jūsų svorio yra vadinamojoje tarpląstelinėje erdvėje. Kraujo vandens komponentas yra šioje tarpląstelinėje erdvėje ir sudaro maždaug ketvirtadalį viso tarpląstelinio vandens, t. Y. 5 procentus viso kūno. Maždaug 60 procentų kraujo iš tikrųjų sudaro plazma, o kiti 40 procentų yra kietosios medžiagos (pvz., raudonųjų kraujo kūnelių), galite apskaičiuoti, kiek kraujo turite savo kūne, remdamiesi savo svoris.

70 kg sveriančio žmogaus organizme yra apie (0,60) (70) = 42 kg vandens. Trečdalis būtų tarpląstelinis skystis, apie 14 kg. Ketvirtoji iš jų būtų kraujo plazma - 3,5 kg. Tai reiškia, kad bendras kraujo kiekis šio žmogaus organizme sveria apie (3,5 kg / 0,6) = 5,8 kg.