Væsker (fysikk): definisjon, egenskaper og eksempler

Væske er en av de fire tilstandene av materie, de andre er faste, gass og plasma. Studiet av fysikk forbundet med væsker er et overraskende stort område. Men når du tenker på hvor mye av livet ditt avhenger av at vann strømmer gjennom rør, eller at båter kan flyte i havet, eller til og med pannekakesirupen din kan strømme ordentlig fra beholderen, er det lett å se hvorfor studiet og forståelsen av væsker er viktig.

Det er fire hovedtilstander av materie: fast tilstand, flytende tilstand, gasstilstand og plasma. Saken kan endres fra en tilstand til en annen, avhengig av forholdene for trykk og temperatur.

I en fast, er molekylene i materialet tett bundet, og materialet holder sin form. I en væske, er molekylene mindre tett bundet og i stand til å gli eller strømme forbi hverandre. I en gassblir molekylene skilt fra hverandre. En gass vil alltid fylle beholderen den er i og kan lett utvide seg og trekke seg sammen, mens væsker og faste stoffer ikke kan (eller i det minste ikke i samme grad.) A

Når en gass kondenserer, og molekylene blir nær nok til å påvirke hverandre og feste seg, blir den til flytende form. Dette krever vanligvis kjøling, noe som fjerner energi fra systemet.

Når noe i fast form smelter, blir det en væske. Dette krever vanligvis oppvarming som tilfører energi til systemet. Når temperaturen på materialet øker, øker den molekylære bevegelsen og overvinner de intermolekylære kreftene som prøver å holde molekylene stivt sammen.

Som nevnt tidligere er væske en tilstand av saken. Ukomprimerbarheten til væsker betyr at de har en fast volum (bestemt volum) og ikke utvide eller trekke seg sammen på noen vesentlig måte som en gass kan.

I en væske forbindes molekylene svakt av sammenhengende krefter og kan strømme fritt forbi hverandre. Væsker har form av den nederste delen av hvilken beholder de er i og opprettholder ikke en bestemt form som faste stoffer gjør.

Væsker er ofte kategorisert som en væske, som er en bredere etikett påført både væsker og gasser. En væske er et stoff som kan strømme, og mange av fysikkens lover som gjelder flyt av væske, gjelder også for strømmen av gasser.

Eksempler på væsker finner du rundt deg. Den du sannsynligvis er mest kjent med er vann fordi det er nødvendig for livet og dekker omtrent 71 prosent av jordoverflaten. Fordi vann er i flytende form ved standard temperaturer på jorden, antas det å være grunnen til at livet var i stand til å danne og blomstre her.

Det er selvfølgelig mange andre stoffer som er flytende ved romtemperatur, inkludert alkohol, bensin og til og med kvikksølv.

Stoffer som bare eksisterer i flytende form ved mye kjøligere temperaturer, inkluderer acetylen, karbondioksid, metan og flytende nitrogen. Stoffer som bare finnes i flytende form ved mye høyere temperaturer inkluderer aluminium og mange andre metaller, karbon, porselen og sand.

Flytende krystall er en tilstand av materie mellom flytende og fast stoff. Noen stoffer har i hovedsak to forskjellige smeltepunkter: Ett hvor de blir en flytende krystall, og et annet høyere punkt der de blir en vanlig væske. Flytende krystaller kan strømme som en væske, men viser også symmetrier som vanligvis er forbundet med krystallinske faste stoffer. Flytende krystaller brukes i visninger av klokker, kalkulatorer og TV-er.

Trykk er et mål på kraften per arealenhet. I et flytende stoff presser alle flytende molekyler mot hverandre og skaper et internt trykk. Du kan forestille deg at veggene i beholderen føler denne kraften også per arealenhet, og hvis du skulle stikke et hull, ville trykket tvinge væsken ut.

Trykk i en væske er også grunnen til at du kan flyte i et svømmebasseng. Den tilhørende kraften motvirker tyngdekraften.

Verdien av trykk i en væske avhenger av væskens tetthet og dybden. Forholdet er som følger:

Hvor P er press, ρ er tetthet, d er dybde, og g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften.

Det faktum at trykket øker med dybden, er hvorfor dykkere må være forsiktige. De må tillate kroppene å akklimatisere seg for økninger og reduserte trykk for å unngå skade.

For væske i et rør vil trykkforskjeller langs røret føre til at væsken strømmer. Dette er fordi trykk egentlig er en kraft, og en ubalansert kraft forårsaker endring i bevegelse.

Som du sannsynligvis er klar over, flyter noen gjenstander, og noen gjenstander synker, og til og med de som synker, gjør det sakte. Dette forteller oss at det må være en kraft som væsken påfører som motvirker tyngdekraften. Denne kraften kalles den kraftige kraften. Archimedes 'prinsipp beskriver flytende kraft i en væske, det vil si kraften som får gjenstander til å flyte.

Archimedes oppgir verdien av den flytende kraften veldig enkelt: Den er lik vekten av væske som er forskjøvet av den nedsenkede gjenstanden. Denne vekten beregnes enkelt som produktet av gjenstandens volum (eller den delen av gjenstanden) som er nedsenket, væskens tetthet og g, akselerasjonen på grunn av tyngdekraften.

Siden tyngdekraften på et objekt er et produkt av massen og g, og massen er lik produkt av volum og tetthet, er det lett å se at for å flyte må objekter være mindre tette enn vann.

En annen egenskap ved væsker er viskositet. Viskositet er et mål på hvor tynn eller tykk en væske er eller dens motstand mot å strømme eller mot gjenstander som passerer gjennom den. Hvis du for eksempel sammenlignet sirup med vann, vil du legge merke til at vann strømmer raskere og raskere enn den tykke sirupen. Det er fordi sirupen har høyere viskositet. Det sies å være mer tyktflytende.

Viskositet er forårsaket av friksjon mellom molekyler i lag av en flytende væske. Jo større friksjon, jo større viskositet. Faktorer som bestemmer væskens viskositet inkluderer temperatur og molekylær form.