Sıvının Özellikleri Nelerdir?

Biri sizden "sıvı"yı tanımlamanızı isterse, sıvı olarak nitelendirilen bildiğiniz şeylerle günlük deneyiminize başlayabilir ve oradan genellemeye çalışabilirsiniz. Su, elbette, Dünya'daki en önemli ve her yerde bulunan sıvıdır; Onu diğerlerinden ayıran bir şey, belirli bir şekle sahip olmaması, bunun yerine, ister bir yüksük isterse gezegendeki büyük bir çöküntü olsun, onu içeren her şeyin şekline uymasıdır. Muhtemelen "sıvı" ile bir nehir akıntısı veya bir kayanın kenarından aşağı akan erimiş buz gibi "akan" arasında ilişki kurarsınız.

Ancak bu "bir sıvıyı gördüğünüzde anlarsınız" fikrinin de sınırları vardır. Su, soda gibi açıkça bir sıvıdır. Peki ya döküldüğü herhangi bir yüzeye yayılan, ancak su veya sodadan daha yavaş yayılan bir milkshake ne olacak? Ve eğer bir milkshake sıvıysa, hemen erimek üzere olan dondurmaya ne dersiniz? Yoksa dondurmanın kendisi mi? Olduğu gibi, fizikçiler maddenin diğer iki hali ile birlikte bir sıvının resmi tanımlarını faydalı bir şekilde ürettiler.

Madde üç halden birinde bulunabilir: Katı, sıvı veya gaz olarak. İnsanların günlük dilde "sıvı" ve "sıvı" kelimelerini birbirinin yerine kullandığını görebilirsiniz, örneğin "Sıcak havalarda egzersiz yaparken bol sıvı tüketin" ve "Bir maraton koşarken çok fazla sıvı tüketmek önemlidir." Ancak resmi olarak, maddenin sıvı hali ve maddenin gaz hali birlikte oluşur. sıvılar. Akışkan, deformasyona direnme yeteneği olmayan herhangi bir şeydir. Tüm sıvılar sıvı olmasa da, sıvıları yöneten fiziksel denklemler evrensel olarak gazlara olduğu kadar sıvılara da uygulanır. Bu nedenle, sıvılarla ilgili çözmeniz istenen herhangi bir matematiksel problem, akışkanlar dinamiği ve kinetiği yöneten denklemler kullanılarak çözülebilir.

Katılar, sıvılar ve gazlar mikroskobik parçacıklardan oluşur ve her birinin davranışı maddenin nihai halini belirler. Bir katıda parçacıklar, genellikle düzenli bir düzende sıkıca paketlenir; bu parçacıklar titreşir veya "sallanır", ancak genel olarak bir yerden bir yere hareket etmezler. Bir gazda parçacıklar iyi bir şekilde ayrılır ve düzenli bir düzenlemeye sahip değildir; titreşirler ve kayda değer hızlarda serbestçe hareket ederler. Bir sıvıdaki parçacıklar, katılardaki kadar sıkı bir şekilde paketlenmese de birbirine yakındır. Bu parçacıkların düzenli bir düzeni yoktur ve bu açıdan katılardan çok gazlara benzerler. Parçacıklar titreşir, hareket eder ve birbirlerinin yanından kayarlar.

Hem gazlar hem de sıvılar, kapladıkları kapların şeklini alırlar, katıların sahip olmadığı bir özellik. Gazlar, normalde parçacıklar arasında çok fazla alana sahip oldukları için mekanik kuvvetler tarafından kolayca sıkıştırılır. Sıvılar kolayca sıkıştırılmaz ve katılar yine de daha az kolay sıkıştırılır. Yukarıda belirtildiği gibi birlikte sıvı olarak adlandırılan gazlar ve sıvılar kolayca akar; katılar yapmaz.

İlk olarak, sıvılar kinematik özelliklerveya hız ve ivme gibi sıvı hareketiyle ilgili özellikler. Elbette katıların da bu tür özellikleri vardır, ancak onları tanımlamak için kullanılan denklemler farklıdır. İkincisi, sıvıların termodinamik özelliklerbir sıvının termodinamik durumunu tanımlayan. Bunlar şunları içerir:

• sıcaklık
  
• basınç
  
• yoğunluk
  
• içsel enerji
  
• özgül entropi
  
• özgül entalpi
  
• diğerleri

Burada bunlardan sadece birkaçı detaylandırılacaktır. Son olarak, akışkanlar, diğer iki kategoriden hiçbirine girmeyen çeşitli çeşitli özelliklere sahiptir (örneğin, viskozite, bir akışkanın sürtünmesinin bir ölçüsü; yüzey gerilimi; ve buhar basıncı).

Gerçek dünyada en çok ilgi çeken iki sıvı su ve havadır. Suya ek olarak yaygın olarak kullanılan sıvı türleri arasında yağ, benzin, gazyağı, çözücüler ve içecekler bulunur. Yakıtlar ve çözücüler de dahil olmak üzere daha yaygın olarak karşılaşılan sıvıların çoğu zehirli, yanıcı veya başka şekilde tehlikelidir ve bu da onları tehlikeli hale getirir. evde bulundurun çünkü çocuklar onları ele geçirirse, içilebilir sıvılarla karıştırıp tüketerek ciddi sağlık sorunlarına yol açabilirler.

İnsan vücudu ve aslında neredeyse tüm yaşam ağırlıklı olarak sudur. Kan, sıvı olarak kabul edilmez, çünkü kandaki katı maddeler kanda eşit olarak dağılmaz veya içinde tamamen çözülmez. Bunun yerine, bir askıya alma olarak kabul edilir. Kanın plazma bileşeni, çoğu amaç için bir sıvı olarak kabul edilebilir. Ne olursa olsun, sıvı bakımı günlük yaşam için hayati önem taşır. Çoğu durumda, insanlar içilebilir sıvıların hayatta kalmak için ne kadar kritik olduğunu düşünmezler, çünkü modern dünyada temiz suya hazır erişimin olmaması nadirdir. Ancak maratonlar, futbol maçları ve spor müsabakaları gibi spor müsabakalarında aşırı sıvı kaybı nedeniyle insanlar rutin olarak fiziksel sıkıntıya düşmektedir. triatlonlar, bu etkinliklerin bazıları kelimenin tam anlamıyla su, spor içecekleri ve enerji jelleri sunan düzinelerce yardım istasyonunu içeriyor olsa da (ki bunlar düşünülebilir). sıvılar). Pek çok insanın, genellikle bilmelerine rağmen susuz kalmayı başarması, evrimin bir merakıdır. en iyi performansı elde etmek veya en azından tıpta boğulmaktan kaçınmak için ne kadar içmeleri gerektiğini çadır.

Akışkanların fiziğinin bir kısmı, muhtemelen sıvı özellikleri hakkında temel bir bilimsel konuşmada kendinizinkini tutmanıza izin verecek kadar tanımlanmıştır. Ancak, işlerin özellikle ilginç hale geldiği yer sıvı akışı alanındadır.

Akışkanlar mekaniği, akışkanların dinamik özelliklerini inceleyen fizik dalıdır. Bu bölümde hava ve diğer gazların havacılık ve diğer mühendislik alanlarındaki öneminden dolayı, "akışkan", bir sıvıyı veya bir gazı ifade edebilir - dış etkenlere tepki olarak düzgün şekilde şekil değiştiren herhangi bir madde kuvvetler. Akışkanların hareketi, hesaptan kaynaklanan diferansiyel denklemlerle karakterize edilebilir. Sıvıların hareketi, katıların hareketi gibi, akışta kütle, momentum (kütle çarpı hız) ve enerji (kuvvet çarpı mesafe) aktarır. Ek olarak, sıvıların hareketi, Navier-Stokes denklemleri gibi korunum denklemleriyle tanımlanabilir.

Katıların hareket etmediği sıvıların hareket etmesinin bir yolu, kayma göstermeleridir. Bu, sıvıların deforme olma hazırlığının bir sonucudur. Kesme, asimetrik kuvvetlerin uygulanmasının bir sonucu olarak bir sıvı gövdesi içindeki diferansiyel hareketleri ifade eder. Bir örnek, su bir bütün olarak kanal boyunca birim zaman başına hacim açısından sabit bir oranda hareket ederken bile girdaplar ve diğer yerel hareketler sergileyen bir su kanalıdır. Bir akışkanın kesme gerilimi τ (Yunanca tau harfi), dinamik viskozite μ ile çarpılan hız gradyanına (du/dy) eşittir; yani, τ = μ(du/dy).

Akışkan hareketleriyle ilgili diğer kavramlar, her ikisi de havacılık mühendisliğinde çok önemli olan sürükleme ve kaldırmayı içerir. Sürükleme, iki şekilde gelen dirençli bir kuvvettir: Sadece içinden geçen bir cismin yüzeyine etki eden yüzey sürtünmesi su (örneğin, bir yüzücünün derisi) ve vücudun genel şekli ile ilgili olan sürtünmeyi oluşturur. sıvı. Bu kuvvet yazılır:

F_D = C_DρA(v²/2)

C, sürüklenmeye maruz kalan nesnenin doğasına bağlı bir sabit olduğunda, ρ yoğunluk, A kesit alanı ve v hızdır. Benzer şekilde, bir akışkanın hareket yönüne dik olarak etki eden net bir kuvvet olan kaldırma, şu ifadeyle tanımlanır:

F_L = C_LρA(v²/2)

Vücudunuzun toplam ağırlığının yaklaşık yüzde 60'ı sudan oluşur. Bunun kabaca üçte ikisi veya toplam ağırlığınızın yüzde 40'ı hücrelerin içindeyken, diğer üçte biri veya ağırlığınızın yüzde 20'si hücre dışı boşluk denilen yerdedir. Kanın su bileşeni bu hücre dışı boşluktadır ve tüm hücre dışı suyun yaklaşık dörtte birini, yani vücudun toplamının yüzde 5'ini oluşturur. Kanınızın yaklaşık yüzde 60'ı aslında plazmadan oluştuğundan, diğer yüzde 40'ı katı maddelerden oluşur. (örneğin, kırmızı kan hücreleri), vücudunuzda ne kadar kan olduğunu hesaplayabilirsiniz. ağırlık.

70 kg (154 pound) bir kişinin vücudunda yaklaşık (0,60)(70) = 42 kg su vardır. Üçte biri hücre dışı sıvıdır, yaklaşık 14 kg. Bunun dörtte biri kan plazması olacaktır – 3.5 kg. Bu, bu kişinin vücudundaki toplam kan miktarının yaklaşık (3,5 kg/0,6) = 5,8 kg olduğu anlamına gelir.