The tekutiny Jsou to spojitá média, jejichž molekuly nejsou tak vázané jako v pevných látkách, a proto mají větší mobilitu. Kapaliny i plyny jsou kapaliny a některé, například vzduch a voda, mají zásadní význam, protože jsou nezbytné k udržení života.
Příklady tekutin jsou voda, supertekuté hélium nebo krevní plazma. Existují materiály, které vypadají pevné, ale přesto vykazují vlastnosti, které mají tekutiny, například dehet. Umístěním cihly na velký kus dehtu lze pozorovat, že se kousek po kousku ponoří, dokud nedosáhne dna.
Některé plasty se také zdají být pevné, ale ve skutečnosti jsou to velmi viskózní kapaliny, které jsou schopny téci extrémně pomalu..
Rejstřík článků
Tekutiny se vyznačují hlavně:
-Mějte větší oddělení mezi jeho molekulami ve srovnání s pevnými látkami. V případě kapalin si molekuly stále zachovávají určitou soudržnost, zatímco v plynech interagují mnohem méně.
-Proud nebo odtok, když na ně působí smykové síly. Tekutiny neodolávají namáhání, proto se při jejich působení nepřetržitě a trvale deformují.
-Přizpůsobte se tvaru nádoby, která je obsahuje, a pokud se jedná o plyny, okamžitě se rozšiřují, dokud nepokryjí celý jejich objem. Kromě toho, pokud mohou, molekuly rychle uniknou z nádoby..
-Plyny jsou snadno stlačitelné, to znamená, že jejich objem lze snadno měnit. Na druhou stranu, úprava objemu kapaliny vyžaduje více úsilí, z tohoto důvodu jsou považovány za nestlačitelné v širokém rozsahu tlaků a teplot.
-Kapaliny mají plochý volný povrch, když je tlak na ně konstantní. Například při atmosférickém tlaku je povrch jezera bez vln rovný.
Makroskopické chování kapaliny je popsáno několika koncepty, z nichž hlavní jsou: hustota, měrná hmotnost, relativní hustota, tlak, modul stlačitelnosti a viskozita. Podívejme se, z čeho se každý krátce skládá.
V kontinuálním médiu, jako je kapalina, není snadné sledovat jedinou částici nebo molekulu, takže místo práce s hmotou jedné je výhodné to udělat s hustotou, což je vlastnost, která se týká kapaliny jako Celý..
Hustota je definována jako poměr hmotnosti k objemu. Hustotu označíme řeckým písmenem ρ, hmotností ma objemem V:
ρ = m / V
Když se hustota liší od jednoho bodu kapaliny k druhému, použije se výraz:
ρ = dm / dV
V mezinárodním systému jednotek se hustota měří v kg / m3.
Hustota jakékoli látky obecně není konstantní. Všechny při zahřátí procházejí expanzí, kromě vody, která se při zmrazení rozpíná.
Avšak v kapalinách zůstává hustota téměř konstantní v širokém rozsahu tlaků a teplot, i když plyny snášejí variace snadněji, protože jsou stlačitelnější..
Specifická hmotnost je definována jako podíl mezi velikostí hmotnosti a objemem. Proto to souvisí s hustotou, protože velikost hmotnosti je mg. Označením měrné hmotnosti řeckým písmenem γ máme:
y = mg / V
Jednotka měrné hmotnosti v mezinárodním systému jednotek je newton / m3 a z hlediska hustoty lze specifickou hmotnost vyjádřit takto:
γ = ρg
Voda a vzduch jsou nejdůležitější tekutiny pro život, takže slouží jako měřítko pro ostatní.
V kapalinách je relativní hustota definována jako podíl mezi hmotností části tekutiny a hmotou stejného objemu vody (destilované) při 4 ° C a 1 atmosférické atmosféře tlaku.
V praxi se to počítá vytvořením kvocientu mezi hustotou kapaliny a hustoty vody za těchto podmínek (1 g / cm3 nebo 1000 kg / m3), proto je relativní hustota bezrozměrná veličina.
Označuje se jako ρr nebo sg pro specifická gravitace, což se překládá jako měrná hmotnost, jiný název pro relativní hustotu:
sg = ρtekutina / ρVoda
Například látka se sg = 2,5 je 2,5krát těžší než voda.
V plynech je relativní hustota definována stejným způsobem, ale namísto použití vody jako reference se používá hustota vzduchu rovna 1 225 kg / m.3 při tlaku 1 atmosféry a 15 ° C.
Kapalina se skládá z nesčetných částic v neustálém pohybu, schopných vyvinout sílu na povrch, například na nádobu, která je obsahuje. Střední tlak P, který kapalina vyvíjí na jakýkoli plochý povrch oblasti A, je definován kvocientem:
P = F┴/NA
Kde F┴ je kolmá složka síly, proto je tlak skalární veličinou.
Pokud síla není konstantní nebo povrch není rovný, pak je tlak definován:
p = dF / dA
Jednotka tlaku SI je newton / mdva, volal Pascal a ve zkratce Pa, na počest francouzského fyzika Blaise Pascala.
V praxi se však používá mnoho dalších jednotek, ať už z historických nebo geografických důvodů nebo také podle studovaného oboru. Jednotky britského nebo imperiálního systému se v anglicky mluvících zemích používají velmi často. Pro tlak v tomto systému platí psi nebo libra síla / palecdva.
Když je část tekutiny vystavena objemovému stresu, poněkud klesá. Tento pokles je úměrný vynaloženému úsilí, konstanta proporcionality je modul stlačitelnosti Nebo jednoduše stlačitelnost.
Pokud B je modul stlačitelnosti, ΔP změna tlaku a ΔV / V změna objemu jednotky, pak matematicky:
B = ΔP / (ΔV / V)
Jednotková změna objemu je bezrozměrná, protože se jedná o kvocient mezi dvěma objemy. Tímto způsobem má stlačitelnost stejné jednotky tlaku.
Jak bylo řečeno na začátku, plyny jsou snadno stlačitelné kapaliny, zatímco kapaliny nejsou, proto mají moduly stlačitelnosti srovnatelné s tuhými látkami..
Pohybující se tekutina může být modelována tenkými vrstvami, které se vzájemně pohybují. Viskozita je tření, které mezi nimi existuje.
Pro tisk pohybu na tekutinu se na řez aplikuje smykové napětí (ne příliš velké), tření mezi vrstvami zabrání tomu, aby se narušení dostalo do hlubších vrstev.
V tomto modelu, pokud je síla aplikována na povrch tekutiny, rychlost lineárně klesá ve spodních vrstvách, dokud nezmizí ve spodní části, kde je tekutina v kontaktu s povrchem ve zbytku nádoby, která ji obsahuje..
Matematicky se to vyjadřuje tím, že velikost smykového napětí τ je úměrná změně rychlosti s hloubkou, která se označuje jako Δv / Δy. Konstanta proporcionality je dynamická viskozita μ kapaliny:
τ = μ (Δv / Δy)
Tento výraz je znám jako Newtonův zákon viskozity a tekutiny, které jej následují (některé tento model nedodržují), se nazývají Newtonovské tekutiny..
V mezinárodním systému jsou jednotkami dynamické viskozity Pa. S, ale viset, zkráceně P, což se rovná 0,1 Pa.s.
Kapaliny jsou klasifikovány podle různých kritérií, přítomnost nebo nepřítomnost tření je jedním z nich:
Jeho hustota je konstantní, je nestlačitelná a jeho viskozita je nulová. Je také irrotační, to znamená, že se uvnitř netvoří vichřice. A nakonec je stacionární, což znamená, že všechny částice tekutiny, které procházejí určitým bodem, mají stejnou rychlost.
Ve vrstvách skutečných tekutin jsou tření, a proto viskozita, mohou být také stlačitelné, i když, jak jsme již řekli, jsou tekutiny nestlačitelné v širokém rozsahu tlaků a teplot..
Dalším kritériem je, že kapaliny mohou být newtonské a nenewtonské, v závislosti na viskozitním modelu, kterým se řídí:
Splňují Newtonův zákon viskozity:
τ = μ (Δv / Δy)
Nedodržují Newtonův zákon viskozity, takže jejich chování je složitější. Jsou klasifikovány postupně do kapalin s viskozitou nezávisle na čase a ty, které mají viskozitu závislé na čase, ještě složitější.
Voda je newtonovská tekutina, i když za určitých podmínek ideální model tekutiny popisuje její chování velmi dobře..
Je to dobrý příklad časově nezávislé nenewtonovské tekutiny, konkrétně pseudoplastických tekutin, u nichž se viskozita s aplikovaným smykovým napětím hodně zvyšuje, ale poté, jak se zvyšuje rychlostní gradient, se postupně zvyšuje..
Aby tyto typy tekutin začaly protékat, je zapotřebí velké smykové napětí. Potom se viskozita udržuje konstantní. Tento typ tekutiny se nazývá binghamská tekutina. Do této kategorie spadá také zubní pasta a některé barvy..
Je to tekutina, která se používá k dláždění silnic a jako hydroizolační prostředek. Má chování binghamské tekutiny.
Úplně chybí viskozita, ale při teplotách blízkých absolutní nule.
Zatím žádné komentáře