ของเหลว (ฟิสิกส์): นิยาม คุณสมบัติ & ตัวอย่าง

ของเหลวเป็นหนึ่งในสี่สถานะของสสาร สถานะอื่นๆ คือ ของแข็ง ก๊าซ และพลาสมา การศึกษาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับของเหลวเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่อย่างน่าประหลาดใจ แต่เมื่อพิจารณาว่าชีวิตคุณมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับน้ำที่ไหลผ่านท่อหรือเรือที่สามารถลอยในมหาสมุทรได้หรือแม้แต่ น้ำเชื่อมแพนเค้กของคุณสามารถไหลออกจากภาชนะได้อย่างถูกต้อง เข้าใจได้ง่ายว่าทำไมการศึกษาและทำความเข้าใจของเหลวจึงเป็นเช่นนั้น สำคัญ.

สสารมีสถานะหลักอยู่ 4 สถานะ ได้แก่ สถานะของแข็ง สถานะของเหลว สถานะแก๊ส และพลาสมา สสารสามารถเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งได้ขึ้นอยู่กับสภาวะของความดันและอุณหภูมิ

ใน แข็ง, โมเลกุลของวัสดุถูกผูกมัดอย่างแน่นหนา และวัสดุคงรูปร่างไว้ ใน ของเหลว, โมเลกุลมีพันธะที่แน่นน้อยกว่าและสามารถเลื่อนหรือไหลผ่านกันและกันได้ ใน แก๊ส, โมเลกุลจะแยกออกจากกัน ก๊าซจะเติมลงในภาชนะเสมอและสามารถขยายและหดตัวได้ง่าย ในขณะที่ของเหลวและของแข็งไม่สามารถ (หรืออย่างน้อยก็ไม่เท่ากัน) A พลาสม่า คือ สถานะของสสารที่เกิดขึ้นเมื่อก๊าซถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นไอออไนซ์

เมื่อก๊าซควบแน่นและโมเลกุลใกล้กันมากพอที่จะส่งผลกระทบซึ่งกันและกันและเกาะติดกัน จะกลายเป็นรูปของเหลว ซึ่งมักจะต้องการการระบายความร้อนซึ่งจะนำพลังงานออกจากระบบ

เมื่อบางสิ่งที่เป็นของแข็งละลาย มันจะกลายเป็นของเหลว โดยทั่วไปต้องใช้ความร้อนซึ่งเพิ่มพลังงานให้กับระบบ เมื่ออุณหภูมิของวัสดุเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นและเอาชนะแรงระหว่างโมเลกุลที่พยายามยึดโมเลกุลไว้ด้วยกันอย่างเหนียวแน่น

ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ของเหลวเป็นสถานะของสสาร การอัดตัวไม่ได้ของของเหลวหมายความว่ามี have ปริมาณคงที่ (ปริมาตรที่แน่นอน) และไม่ขยายหรือหดตัวในลักษณะสำคัญใดๆ เช่น แก๊สอาจ

ในของเหลว โมเลกุลจะรวมตัวกันอย่างอ่อนแรงโดยแรงยึดเหนี่ยวและสามารถไหลผ่านกันและกันได้อย่างอิสระ ของเหลวจะมีรูปร่างเหมือนส่วนล่างของภาชนะใดๆ ก็ตามที่บรรจุอยู่ และไม่คงรูปร่างที่แน่นอนเหมือนของแข็ง

ของเหลวมักถูกจัดอยู่ในประเภท a ของเหลวซึ่งเป็นฉลากที่กว้างกว่าที่ใช้กับทั้งของเหลวและก๊าซ ของไหลคือสสารที่สามารถไหลได้ และกฎฟิสิกส์หลายข้อที่ประยุกต์ใช้กับการไหลของของเหลวก็มีผลกับการไหลของก๊าซด้วยเช่นกัน

ตัวอย่างของของเหลวสามารถพบได้รอบตัวคุณ สิ่งที่คุณน่าจะคุ้นเคยมากที่สุดคือน้ำเพราะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชีวิตและครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 71 เปอร์เซ็นต์ของพื้นผิวโลก เนื่องจากน้ำอยู่ในรูปของเหลวที่อุณหภูมิมาตรฐานบนโลก เชื่อกันว่าเป็นเหตุผลที่ทำให้ชีวิตสามารถก่อตัวและเติบโตได้ที่นี่

แน่นอนว่ายังมีสารอื่นๆ อีกมากมายที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง รวมทั้งแอลกอฮอล์ น้ำมันเบนซิน และแม้แต่ปรอท

สารที่มีอยู่ในรูปของเหลวเฉพาะที่อุณหภูมิที่เย็นกว่ามากเท่านั้น ได้แก่ อะเซทิลีน คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และไนโตรเจนเหลว สารที่มีอยู่ในรูปของเหลวที่อุณหภูมิสูงกว่ามากเท่านั้น ได้แก่ อะลูมิเนียมและโลหะอื่นๆ คาร์บอน พอร์ซเลน และทราย

คริสตัลเหลว เป็นสถานะของสสารระหว่างของเหลวกับของแข็ง สารบางชนิดมีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันสองจุด: จุดหนึ่งกลายเป็นผลึกเหลว และจุดที่สูงขึ้นอีกจุดหนึ่งซึ่งจะกลายเป็นของเหลวปกติ ผลึกเหลวสามารถไหลได้เหมือนของเหลว แต่ยังแสดงสมมาตรที่มักเกี่ยวข้องกับของแข็งที่เป็นผลึก คริสตัลเหลวใช้ในการจัดแสดงนาฬิกา เครื่องคิดเลข และทีวี

ความดันเป็นตัววัดแรงต่อหน่วยพื้นที่ ในสารเหลว โมเลกุลของของเหลวทั้งหมดจะกดทับกันและสร้าง an ความดันภายใน. คุณสามารถจินตนาการว่าผนังของภาชนะบรรจุรู้สึกถึงแรงนี้ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่เช่นกัน และถ้าคุณจะเจาะรู แรงดันจะผลักของเหลวออก

ความดันในของเหลวยังเป็นสาเหตุที่ทำให้คุณสามารถลอยตัวในสระว่ายน้ำได้ แรงที่เกี่ยวข้องจะต้านแรงโน้มถ่วง

ค่าความดันในของเหลวขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและความลึกของของเหลว ความสัมพันธ์มีดังนี้:

ที่ไหน พี คือความกดดัน ρ คือความหนาแน่น d คือความลึกและ g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

ความจริงที่ว่าแรงกดดันเพิ่มขึ้นตามความลึกคือเหตุผลที่นักดำน้ำต้องระวัง พวกเขาต้องยอมให้ร่างกายปรับตัวเพื่อเพิ่มและลดแรงกดดันเพื่อหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บ

สำหรับของเหลวในท่อ ความแตกต่างของแรงดันตามท่อจะทำให้ของเหลวไหล นี่เป็นเพราะว่าโดยพื้นฐานแล้วความดันเป็นแรง และแรงที่ไม่สมดุลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่

อย่างที่คุณทราบ วัตถุบางอย่างลอย และวัตถุบางอย่างจม และแม้แต่วัตถุที่จมก็มักจะทำช้า สิ่งนี้บอกเราว่าต้องมีแรงที่ของเหลวใช้ซึ่งต้านแรงโน้มถ่วง แรงนี้เรียกว่าแรงลอยตัว หลักการของอาร์คิมิดีสอธิบาย แรงลอยตัว ในของเหลว นั่นคือ แรงที่ทำให้วัตถุลอย

อาร์คิมิดีสระบุค่าของแรงลอยตัวอย่างง่าย: มันเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่โดยวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ น้ำหนักนี้คำนวณได้ง่ายโดยเป็นผลคูณของปริมาตรของวัตถุ (หรือส่วนของวัตถุ) ที่จมอยู่ใต้น้ำ ความหนาแน่นของของเหลว และ g ซึ่งเป็นความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

เนื่องจากแรงโน้มถ่วงบนวัตถุเป็นผลคูณของมวลและ g ของมัน และมวลของวัตถุนั้นเท่ากับ ผลคูณของปริมาตรและความหนาแน่น สังเกตได้ง่ายว่าการจะลอยได้ วัตถุต้องมีความหนาแน่นน้อยกว่า น้ำ.

คุณสมบัติของของเหลวอีกประการหนึ่งคือความหนืด ความหนืดเป็นตัววัดว่าของเหลวบางหรือหนาเพียงใด หรือความต้านทานการไหลหรือต่อวัตถุที่ไหลผ่าน ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณเปรียบเทียบน้ำเชื่อมกับน้ำ คุณจะสังเกตเห็นว่าน้ำไหลเร็วและเร็วกว่าน้ำเชื่อมข้น นั่นก็เพราะว่าน้ำเชื่อมมีความหนืดสูงกว่า ว่ากันว่าหนืดกว่า

ความหนืดเกิดจากการเสียดสีระหว่างโมเลกุลในชั้นของของไหลที่ไหล ยิ่งมีแรงเสียดทานมาก ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ปัจจัยที่กำหนดความหนืดของของเหลว ได้แก่ อุณหภูมิและรูปร่างโมเลกุล