SPIEDIENS ŠĶIDRUMOS UN GĀZĒS
Spiediens. Cilindros, kuros ir šķidrums (vai gāze), ar virzuli iespējams šķidrumu (gāzi) saspiest. Eksperimentā var pārliecināties, ka šķidrums praktiski nav saspiežams (šķidruma deformācija ie ļoti maza), bet gāzes saspiežamība ir liela. Ārējās iedarbības rezultātā šķidrumā un gāzē rodas spiediena spēks, kas vienmēr vērsts perpendikulāri trauka (cilindra) sienām un šķidrumā vai gāzē esošā ķermeņa virsmai.
Spiedienu šķidrumā (gāzē) izsaka ar spiediena spēka attiecību pret laukumu, uz kuru šis spēks darbojas perpendikulāri:
kur p – spiediens, F – spiediena spēks, t.i., spēks, kas darbojas perpendikulāri virsmai, S – virsmas laukums.
Tādējādi spiediens raksturo spēka ‘’blīvumu’’ un nav atkarīgs no virsmas laukuma. Spiediena SI vienība ir paskāls (Pa). 1 Pa lielu spiedienu rada 1 N spēks, kas pielikts 1m2 lielam laukumam: 1 Pa = 1 N/m2
Paskāla likums šķidrumiem(gāzēm). Paskāla likumā izteikts tas, ka šķidrumā (gāzē) līdzsvara gadījumā spiediens vienmēr iedarbojas perpendikulāri jebkuram laukuma elementam (arī uz trauka sienām, kurā šķidrums (gāze) atrodas). Paskāla likumu var formulēt šādi:
1. Mierā esoša šķidruma (gāzes) jebkurā punktā (tilpuma elementā) spiediens visos virzienos ir vienāds.
2. Šķidrumam (gāzei) pieliktais ārējais spiediens izplatās bez pārmaiņām visā tilpumā.
Tādējādi Paskāla likumā izpaužas šķidrumu (gāzu) molekulārā uzbūve un arī tas, ka šķidruma (gāzes) molekulas (slāņi) ārējās iedarbības rezultātā var brīvi pārvietoties visos virzienos.
Slapināšana
Slapināšana – šķidruma spēja slapināt cietas vielas ķermeņus. Piemēram, ja ūdens lāsi izlej uz pulētas galda virsmas, tad ūdens izplūst un plānā slānītī piekļaujas virsmai – galds kļūst slapjš. Ūdens slapina daudzas cietas vielas – stiklu, galda laku u.c. Slapināšana ir raksturīga arī citiem šķidrumiem – pienam, benzīnam, spirtam. Šie šķidrumi slapina daudzu, bet ne visu cietu vielu virsmas. Tā, piemēram, uz parafīna virsmas ūdens pilītes neizplūst, jo parafīnu ūdens neslapina.
Ir arī šķidrumi, kuri izturas savādāk nekā ūdens. Tāds ir, piemēram, dzīvsudrabs. Tās izliets uz kāda ķermeņa virsmas savelkas parasti lodītēs. Attiecīgo virsmu neslapina un dzīvsudraba pilītes ripo galda virsmu kā mazas lodītes.
Virsmas spraigums un kapilaritāte
Šķidrumiem ir raksturīgas virsmas spraiguma un kapilaritātes parādības. Virsmas spraigums raksturo šķidruma virsmas enerģiju, tas nosaka šķidruma spēju slapināt cietvielas. Viskozitāte raksturo šķidruma iekšējo berzi, tā nosaka šķidruma tecēšanas īpašības. Šķidrumi parasti izplešas, ja tos karsē, un saraujas, ja atdzesē. Ķermeņi, kuru blīvums ir mazāks par šķidruma blīvumu, peld, ja ievietoti šķidrumā. Šķidrumi to attiecīgajos vārīšanās punktos pārvēršās par gāzēm un kušanas punktos par cietām vielām. Veicot frakciju destilāciju, šķidrumus var atdalīt vienu no otra, ja tie vārās katrs savā vārīšanās temperatūrā. Kohēzija starp molekulām šķidrumā nav pietiekoša, lai novērstu iztvaikošanu no brīvās virsmas. Stikls normālās temperatūrās nav atdzesēts šķidrums, bet amorfa, cieta viela.
(Kapilaritāte ir šķidrumu spēja pārvietoties (pacelties vai nosēsties) pa ļoti sīkiem kanāliņiem. Kapilaritāti izraisa šķidruma un cietvielas daļiņu spēku mijiedarbība.)
(Virsmas spraigums ir šķidruma virskārtā molekulāro mijiedarbības spēku izraisīts spriegums. Virsmas spraiguma koeficientu izsaka ar virsmas spraiguma spēka attiecību pret virsmas slāņa robežas garumu, pa kuru šis spēks darbojas.)
Plūstamība
Šķidrumi spēj plūst un dēļ šīs īpašības ūdens var tecēt pa ūdensvadiem un kanāliem. Daži šķidrumi plūst viegli, citi – daudz lēnāk un smagāk. Tā, piemēram, izliets ūdens daudz ātrāk izplūst pa galda virsmu vai zemi. Savukārt izlieta eļļa to dara gausāk. Bet medus plūst tik lēni, ka dažkārt ir grūti pateikt, vai medus ir cieta viela vai šķidrums.
Jo šķidrums labāk plūst, jo ātrāk tajā grimst arī ķermenis. Piemēram, tērauda lodīti iemet ūdenī, tā nogrimst ātri. Turpretī traukā ar biezu eļļu tā pati lodīte grimst lēnāk.
Salīdzinot ar gāzēm, kurām arī piemīt šī īpašība, šķidrumi plūst daudz reiz lēnāk.
Šķidrumu un gāzu plūsma
Šķidruma vai gāzes plūsma ir bezvirpuļaina jeb lamināra, ja daļiņu kustība notiek pa iedomātām paralēlām plūsmas līnijām – daļiņām ir tikai virzes kustība. Plūsma ir virpuļaina jeb turbulenta, ja plūsmā parādās līniju virpuļi.
1) Bezvirpuļaina – šķidrumam ir taisnlīnijas kustība.
2) Virpuļaina – šķidruma plūsmā veidojas virpuļi.
Ja daļiņu ātrums katrā plūsmas vietā laikā nemainās, tad plūsma ir stacionāra.
ŠĶIDRUMA UN GĀZES VISKOZITĀTE. PRETESTĪBAS SPĒKS.
Šķidrumos un gāzēs, ja to slāņi savstarpēji pārvietojas, starp slāņiem rodas iekšēji pretestības spēki, kas bremzē to kustību. Gāzu viskozitāte ir ļoti maza, salīdzinot ar šķidrumu viskozitāti.
Saskaņā ar Ņūtona teoriju, iekšējās berzes spēks, kas rodas, pārvietojoties vienam šķidruma slānim pret otru, ir tieši proporcionāls pārvietošanās ātrumam un saskarē esošo slāņu virsmai. To var aprakstīt ar vienādojumu:
T=m•F•(du/dy),
kur:
• T – iekšējās berzes spēks;
• m – proporcionalitātes koeficients, kas atkarīgs no šķidruma īpašībām, temperatūras un spiediena (atkarība no spiediena ir neliela). Šo sauc par dinamiskās viskozitātes koeficientu vai dinamisko viskozitāti;
• F – slāņu saskares virsma;
• du/dy – ātruma gradients, perpendikulārs abām berzes virsmām. Šo sauc arī par bīdes ātrumu un dažreiz apzīmē ar g.
Iekšējās berzes spēka (T) dalījumu ar slāņu saskares virsmu (F), sauc par iekšējās berzes spriegumu vai bīdes spriegumu un apzīmē ar tau.
Hidrostatiskais spiediens ir spiediens, kurš rodas šķidrumā, kas pacelts virs noteikta līmeņa, pateicoties šķidruma masas svaram :
Saskaņā ar SI starptautisko mērvienību sistēmu, hidrostatiskais spiediens ir dots Paskalos un bāros. Šķidruma staba augstums ir dots metros, šķidruma blīvums kilogramos uz kubikmetru un gravitācijas paātrinājums metros uz sekundi kvadrātā. Hidrostatiskais spiediens vai vienkārši spiediens nav atkarīgs no izmantotā trauka veida. Tas ir atkarīgs tikai no šķidruma staba augstuma un šķidruma blīvuma.
ARHIMĒDA LIKUMS
Arhimēda likums nosaka cēlējspēku. Šķidrums vai gāze uz tajā iegremdētu ķermeni darbojas ar vertikāli augšup vērst spēku, kas skaitliski vienāds ar ķermeņa izspiestā šķidruma vai gāzes smaguma spēku.