Жидкость - это одно из четырех состояний материи, другие - твердое, газообразное и плазменное. Изучение физики жидкостей - это удивительно большая область. Но если учесть, насколько ваша жизнь зависит от воды, текущей по трубам, или от того, чтобы лодки могли плавать в океане, или даже от ваш блинный сироп может правильно вытекать из контейнера, поэтому легко понять, почему изучение и понимание жидкостей важный.
Состояния вещества
Существует четыре основных состояния вещества: твердое состояние, жидкое состояние, газовое состояние и плазма. Материя может переходить из одного состояния в другое в зависимости от условий давления и температуры.
В твердый, молекулы материала прочно связаны, и материал сохраняет свою форму. В жидкость, молекулы менее прочно связаны и могут скользить или обтекать друг друга. В газ, молекулы отделяются друг от друга. Газ всегда заполняет контейнер, в котором он находится, и может легко расширяться и сжиматься, в то время как жидкости и твердые вещества не могут (или, по крайней мере, не в одинаковой степени).
Когда газ конденсируется, и молекулы сближаются достаточно близко, чтобы влиять друг на друга и сцепляться, он превращается в жидкую форму. Обычно для этого требуется охлаждение, которое удаляет энергию из системы.
Когда что-то в твердой форме плавится, оно становится жидкостью. Обычно для этого требуется нагрев, который добавляет энергии в систему. По мере увеличения температуры материала движение молекул увеличивается и преодолевает межмолекулярные силы, пытающиеся удерживать молекулы вместе.
Определение слова "жидкость"
Как упоминалось ранее, жидкость - это состояние вещества. Несжимаемость жидкостей означает, что они имеют фиксированный объем (определенного объема) и не расширяются или не сжимаются в значительной степени, как газ.
В жидкости молекулы слабо связаны друг с другом силами когезии и могут свободно проходить друг мимо друга. Жидкости принимают форму нижней части любого контейнера, в котором они находятся, и не имеют определенной формы, как твердые тела.
Жидкости часто относятся к категории жидкость, который является более широким ярлыком, применяемым как к жидкостям, так и к газам. Жидкость - это вещество, которое может течь, и многие законы физики, применимые к потоку жидкости, также применимы к потоку газов.
Примеры жидкостей
Примеры жидкостей можно найти повсюду. Скорее всего, вы знакомы с водой, потому что она необходима для жизни и покрывает около 71 процента поверхности Земли. Поскольку вода находится в жидкой форме при стандартных температурах на Земле, считается, что именно по этой причине здесь смогла сформироваться и процветать жизнь.
Конечно, существует множество других веществ, находящихся в жидком состоянии при комнатной температуре, включая спирт, бензин и даже ртуть.
Вещества, которые существуют в жидкой форме только при гораздо более низких температурах, включают ацетилен, диоксид углерода, метан и жидкий азот. Вещества, которые существуют в жидкой форме только при гораздо более высоких температурах, включают алюминий и многие другие металлы, углерод, фарфор и песок.
Жидкокристаллический это состояние вещества между жидкостью и твердым телом. Некоторые вещества имеют по существу две разные точки плавления: одна, при которой они становятся жидкими кристаллами, и другая, более высокая точка, при которой они становятся обычной жидкостью. Жидкие кристаллы могут течь как жидкость, но также проявлять симметрию, обычно связанную с кристаллическими твердыми телами. Жидкие кристаллы используются в дисплеях часов, калькуляторов и телевизоров.
Давление в жидкости
Давление - это мера силы на единицу площади. В жидком веществе все молекулы жидкости прижимаются друг к другу и создают внутреннее давление. Вы можете представить, как стенки контейнера также ощущают эту силу на единицу площади, и если бы вы проткнули отверстие, давление вытеснило бы жидкость.
Давление в жидкости также является причиной того, что вы можете плавать в бассейне. Связанная сила противодействует гравитации.
Величина давления в жидкости зависит от плотности жидкости и глубины. Отношения следующие:
Где п это давление, ρ это плотность, d это глубина, а грамм ускорение свободного падения.
Тот факт, что давление увеличивается с глубиной, является причиной того, что дайверам следует быть осторожными. Они должны позволить своему телу адаптироваться к увеличению и уменьшению давления, чтобы избежать травм.
Для жидкости в трубе разница в давлении вдоль трубы заставит жидкость течь. Это потому, что давление - это, по сути, сила, а неуравновешенная сила вызывает изменение в движении.
Принцип Архимеда
Как вы, вероятно, знаете, некоторые объекты плавают, а некоторые тонут, и даже те, которые тонут, как правило, делают это медленно. Это говорит нам о том, что должна быть сила, которую прикладывает жидкость, противодействующая гравитации. Эта сила называется подъемной силой. Принцип Архимеда описывает подъемная сила в жидкости, то есть сила, заставляющая предметы плавать.
Архимед очень просто определяет значение выталкивающей силы: она равна весу жидкости, вытесняемой погруженным объектом. Этот вес легко рассчитывается как произведение объема погружаемого объекта (или его части) на плотность жидкости и g, ускорение свободного падения.
Поскольку сила тяжести, действующая на объект, является произведением его массы и g, а его масса равна произведение его объема и плотности, легко увидеть, что для того, чтобы предметы плавать, они должны быть менее плотными, чем вода.
Вязкость и жидкости
Еще одно свойство жидкостей - вязкость. Вязкость - это мера того, насколько жидкая или густая жидкость, ее сопротивление потоку или объектам, проходящим через нее. Если вы, например, сравните сироп с водой, то заметите, что вода льется быстрее и быстрее, чем густой сироп. Это потому, что сироп имеет более высокую вязкость. Говорят, что он более вязкий.
Вязкость вызвана трением между молекулами в слоях текущей жидкости. Чем больше трение, тем больше вязкость. Факторы, определяющие вязкость жидкости, включают температуру и форму молекулы.