Vätskor (fysik): definition, egenskaper och exempel

Vätska är en av de fyra tillstånden av materia, de andra är fasta, gas och plasma. Studiet av fysik i samband med vätskor är ett överraskande stort område. Men när du funderar på hur mycket av ditt liv beror på att vatten rinner genom rör, eller att båtar kan flyta i havet eller till och med om din pannkakasirap kan flyta ordentligt från behållaren, är det lätt att se varför studier och förståelse av vätskor är Viktig.

Det finns fyra huvudtillstånd av materia: fast tillstånd, flytande tillstånd, gastillstånd och plasma. Materia kan förändras från ett tillstånd till ett annat beroende på tryck och temperatur.

I en fastär molekylerna i materialet tätt bundna och materialet har sin form. I en flytande, är molekylerna mindre tätt bundna och kan glida eller flöda förbi varandra. I en gas, separeras molekylerna från varandra. En gas kommer alltid att fylla den behållare den befinner sig i och kan enkelt expandera och dra ihop sig, medan vätskor och fasta ämnen inte kan (eller åtminstone inte i samma utsträckning.) A

När en gas kondenserar och molekylerna blir tillräckligt nära för att påverka varandra och vidhäfta, förvandlas den till flytande form. Detta kräver vanligtvis kylning, vilket tar bort energi från systemet.

När något i fast form smälter blir det en vätska. Detta kräver vanligtvis uppvärmning som tillför energi till systemet. När materialets temperatur ökar ökar den molekylära rörelsen och övervinner de intermolekylära krafterna som försöker hålla samman molekylerna.

Som nämnts tidigare är vätska ett tillstånd. Vätskans okomprimerbarhet innebär att de har en fast volym (bestämd volym) och expanderar inte eller dras ihop på något väsentligt sätt som en gas skulle kunna.

I en vätska förenas molekylerna svagt av sammanhängande krafter och kan flöda fritt förbi varandra. Vätskor har formen av den nedre delen av vilken behållare de än befinner sig i och behåller inte en bestämd form som fasta ämnen gör.

Vätskor kategoriseras ofta som en vätska, som är en bredare etikett applicerad på både vätskor och gaser. En vätska är ett ämne som kan flöda, och många av fysikens lagar som gäller för vätskeflödet gäller också för gasflödet.

Exempel på vätskor finns runt omkring dig. Den du troligen är mest bekant med är vatten eftersom det krävs för livet och täcker cirka 71 procent av jordens yta. Eftersom vatten är i flytande form vid standardtemperaturer på jorden antas det vara anledningen till att livet kunde bildas och blomstra här.

Det finns naturligtvis många andra ämnen som är flytande vid rumstemperatur inklusive alkohol, bensin och till och med kvicksilver.

Ämnen som finns i flytande form endast vid mycket kallare temperaturer inkluderar acetylen, koldioxid, metan och flytande kväve. Ämnen som finns i flytande form endast vid mycket högre temperaturer inkluderar aluminium och många andra metaller, kol, porslin och sand.

Flytande kristall är ett tillstånd av materia mellan flytande och fast ämne. Vissa ämnen har i huvudsak två olika smältpunkter: en där de blir en flytande kristall och en annan högre punkt där de blir en vanlig vätska. Flytande kristaller kan flöda som en vätska men visar också symmetrier som vanligtvis är associerade med kristallina fasta ämnen. Flytande kristaller används i displayer av klockor, miniräknare och TV-apparater.

Tryck är ett mått på kraften per ytenhet. I en flytande substans pressar alla flytande molekyler mot varandra och skapar en inre tryck. Du kan föreställa dig att behållarens väggar också känner denna kraft per ytenhet, och om du skulle sticka ett hål skulle trycket tvinga ut vätskan.

Tryck i en vätska är också anledningen till att du kan flyta i en pool. Den associerade kraften motverkar gravitationen.

Trycket i en vätska beror på vätskans densitet och djupet. Förhållandet är som följer:

Var P är tryck, ρ är densitet, d är djup, och g är accelerationen på grund av tyngdkraften.

Det faktum att trycket ökar med djupet är anledningen till att dykare måste vara försiktiga. De måste tillåta sina kroppar att acklimatiseras till ökningar och minskningar av trycket för att undvika skador.

För vätska i ett rör kommer tryckdifferenser längs röret att få vätskan att strömma. Detta beror på att trycket i huvudsak är en kraft och en obalanserad kraft orsakar förändring i rörelse.

Som du säkert är medveten om, flyter vissa föremål och vissa föremål sjunker, och även de som sjunker tenderar att göra det långsamt. Detta säger oss att det måste finnas en kraft som vätskan applicerar som motverkar gravitationen. Denna kraft kallas den flytande kraften. Archimedes princip beskriver flytande kraft i en vätska, det vill säga den kraft som får objekt att flyta.

Archimedes anger värdet på den flytande kraften mycket enkelt: Det är lika med vikten av vätska som förskjuts av det nedsänkta föremålet. Denna vikt beräknas enkelt som produkten av volymen på objektet (eller den del av objektet) som är nedsänkt, vätskans densitet och g, accelerationen på grund av tyngdkraften.

Eftersom tyngdkraften på ett objekt är produkten av dess massa och g, och dess massa är lika med produkt av dess volym och densitet är det lätt att se att föremål måste vara mindre täta för att flyta vatten.

En annan egenskap hos vätskor är viskositet. Viskositet är ett mått på hur tunn eller tjock en vätska är eller dess motstånd mot flöde eller mot föremål som passerar genom den. Om du till exempel jämförde sirap med vatten, skulle du märka att vatten häller snabbare och snabbare än den tjocka sirapen. Det beror på att sirapen har högre viskositet. Det sägs vara mer visköst.

Viskositet orsakas av friktion mellan molekyler i skikt av en flytande vätska. Ju större friktion, desto större viskositet. Faktorer som bestämmer vätskans viskositet inkluderar temperatur och molekylär form.