Skystis — kas tai? Apibrėžimas, fizikinės savybės, pavyzdžiai ir formulės

Skystis yra tam tikra materijos forma. Jis užima vietą tarp kietųjų kūnų ir dujų: skysčiai turi beveik pastovų tūrį, bet neturi nuolatinės formos – jie prisitaiko prie indo, kuriame yra.

Kas vyksta skystyje

Skystį sudarančios molekulės yra pakankamai laisvos, kad galėtų slinkti viena pro kitą. Dėl to nedidelė jėga priverčia skystį tekėti ir keisti formą. Skysčiai dėl gravitacijos linkę užimti indo formą ir pasiskirstyti taip, kad paviršius būtų horizontalus (jeigu nėra išorinių jėgų).

Fizikinės savybės

Klampa. Skysčių srovumas priklauso nuo jų klampos. Didelis klampumas reiškia lėtą tekėjimą (pvz., degutas gali atrodyti beveik kietas). Klampumo matas – dinaminė klampa μ (SI vienetas Pa·s). Yra ir kinematinė klampa ν = μ/ρ (m2/s), kur ρ – tankis.

Tankis. Tankis (ρ) parodo masę viename tūrio vienete (SI vienetas kg/m3) ir skirtingiems skysčiams yra skirtingas. Pavyzdžiui, vanduo turi apie 1000 kg/m3 (priklausomai nuo temperatūros), aliejus paprastai mažesnį tankį, kraujas – šiek tiek didesnį už vandenį.

Suspaudžiamumas. Skysčiai yra praktiškai nesuspaudžiami – jų tūris mažai kinta veikiant išorinei slėgiui. Dėl to skysčiai perduoda slėgį beveik be nuostolių (Pascalio principas).

Paviršiaus įtampa ir kapiliarumas. Skysčiai pasižymi paviršiaus įtampa (σ, SI vienetas N/m), kuri lemia lašų formą, plaukiojimą ant paviršių ir capiliarinius reiškinius (skysčio kilimą siauruose vamzdžiuose).

Fazės pereigos

Jeigu skystį atšaldome iki tam tikros temperatūros, jis kietėja – tai yra lydymosi arba užšalimo temperatūra, kuri kiekvienam skysčiui skirtinga. Jei skystis įkaitinamas, jis pereina į dujų fazę – tai vyksta virimo metu, kuriai būdinga virimo temperatūra. Abi temperatūros priklauso nuo slėgio.

Pavyzdžiai

Dažniausi skysčių pavyzdžiai: vanduo, aliejus, kraujas, taip pat įvairūs tirpalai, organiniai tirpikliai, metalų lydalai (kai jie lydosi) ir kt.

Hidrostatinė slėgio lygtis

Skystyje slėgis priklauso nuo gylio: aukščiau esantis skystis slegia apačioje esantį sluoksnį, todėl apačioje slėgis yra didesnis nei viršuje. Originali pagrindinė lygtis šią priklausomybę vaizduoja taip:

p = ρgz

Šioje lygyje z – taško gylis po paviršiumi (arba aukščio skirtumas), g – gravitacijos pagreitis (dažniausiai ≈ 9,81 m/s2), o ρ – skysčio tankis. Svarbu pažymėti, kad ši formulė duoda hidrostatinį (stulpelio) slėgį. Absoliutinį slėgį reikia papildyti atmosferos slėgiu p0:

p_abs = p0 + ρ g h

Čia p0 – atmosferos (ar kitas išorinis) slėgis. Slėgio matavimo vienetas SI sistemoje yra paskalis (Pa), kur 1 Pa = 1 N/m2.

Kiti svarbūs reiškiniai ir formulės

• Archimedo jėga (plūdumas): skystis suteikia kūnui iškėlimo jėgą, lygią išstumto skysčio svoriui: F_b = ρ V g.
• Reynoldso skaičius: nusako, ar tekėjimas yra laminarus ar turbulentiškas: Re = ρ v L / μ (kur v – charakterinis greitis, L – charakterinis ilgis, μ – dinaminė klampa).
• Bernulio dėsnis: apibūdina energijos išsaugojimą tekant skysčiui srauto linijoje (galioja spėjant, kad skystis yra nesuspaudžiamas ir srautas beveik neviskozinis).

Apibendrinant: skystis – tai medžiagos būsena, kurią išskiria laisvai judančios molekulės, pastovus tūris ir gebėjimas laisvai keisti formą. Jo savybės (tankis, klampa, paviršiaus įtampa, fazių pereigos) lemia praktinį elgesį daugybėje gamtos ir inžinerinių procesų.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra skystis?

K: Kaip gravitacija veikia skysčius?

K: Kas yra klampumas?

K: Ar galima išspausti skystį?

K: Kokioje temperatūroje skystis tampa kietas?

K: Kokioje temperatūroje skystis tampa dujomis?

K: Kaip apskaičiuoti skysčių slėgį?

Paieška pagal raidę