Make your own free website on Tripod.com

รูปที่ 65

จากรูป 65 แสดงแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของของเหลวที่อยู่ภายในของเหลว และผิวของเหลว

******อนุภาคของของเหลวที่อยู่ภายในจะถูกดึงดูดด้วยอนุภาคข้างเคียงโดยรอบทุกทิศทาง

******อนุภาคของของเหลวที่อยู่ที่ผิวของของเหลวจะถูกดึงดูดด้วยอนุภาคด้านข้างและด้านล่างเท่านั้น

แรงดึงของอนุภาคที่ดึงเฉพาะด้านข้างและด้านล่าง ทำให้แรงลัพธ์มีทิศทางลง จะเกิดแรงดึงผิวจนตึง

 

การรักษารูปทรงของของเหลว ของเหลวที่มีปริมาณน้อยๆ มักมีรูปร่างเป็นทรงกลม เช่น หยดน้ำบนพื้น

เพราะปริมาตรที่เป็นทรงกลมจะมีพื้นที่ผิวน้อยที่สุด แต่ในขณะเดียวกันก็มีแรงโน้มถ่วงทำให้หยดน้ำแบนลง

หริอกระจายออก

รูปที่ 66

รูปนี้ คือ หยดน้ำ จะเห็นว่ามันพยายามจะทำตัวมันให้เป็นกลมๆ เพราะว่ามีแรงดึงดูดจากอนุภาคทุกๆอนุภาค

อนุภาคที่อยู่ตรงผิวจะมีแรงดึงดูดลัพธ์เข้าไปในของเหลว จะเกิดแรงตึงผิว

อนุภาคที่อยู่ในของเหลวจะมีแรงลัพธ์เป็น 0 เพราะถูกดึงรอบทุกทิศ

 

รูปที่ 67 แรงดึงผิวของของน้ำ ที่เป็นหยด

 

ความตึงผิว คือ งานที่ต้องใช้ในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลว 1 หน่วย

 

เช่นๆๆ ในกรณีที่ต้องการขยายพื้นที่ผิวของของเหลวให้มากขึ้น อนุภาคของของเหลวที่อยู่ภายในจะต้องเคลื่อนที่มาอยู่ที่ผิวเพิ่มขึ้น *** อนุภาคเหล่านี้จะต้องใช้พลังงานในการเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคที่อยู่โดยรอบ งานที่ต้องใช้นี้เรียกว่า ความตึงผิว

 

ปัจจัยมีผลต่อความตึงผิว

1. .ชนิดของสาร เช่นๆๆ ปรอทมีความตึงผิวมากกว่าน้ำ และน้ำมีความตึงผิวมากกว่าน้ำมัน เพราะ ปรอทยึดด้วยพันธะโลหะ น้ำยึดด้วยพันธะไฮโดรเจน น้ำมันยึดด้วยแรงลอนดอน( ความรู้จากเรื่องพันธะเคมี )

ความตึงผิวแปรผันตามแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค

2. อุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นความตึงผิวจะลดลง เพราะอุณหภูมิสูงจะทำให้อนุภาคมีพลังงานจลน์สูงขึ้น

เมื่อพลังงานจลน์สูงขึ้น และจะทำลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคให้ลดลง

ความตึงผิวแปรผกผันกับอุณหภูมิ

3. สารบางชนิด เช่นๆๆ การเติมสารบางชนิดลงไป จะทำให้ความตึงผิวลดลง เช่น ผงซักฟอก สบู่ เกลือ

 

***ถ้าซักผ้าโดยใช้ผงซักฟอก ความตึงผิวจะลดลง จะทำให้สิ่งสกปรกหลุดออกมาจากผ้าได้ง่าย และถ้าใช้น้ำร้อน

ซักก็ยิ่งดีเพราะความตึงผิวจะลดลงอีกเมื่ออุณหภูมิสูง สิ่งสกปรกก็ยิ่งหลุดออกมาง่าย

***ถ้าความตึงผิวมากจิงโจ้น้ำจะเดินบนน้ำได้ เข็มจะลอยน้ำได้ ( เข็มเป็นเหล็กความหนาแน่นมากกว่าน้ำ 8 เท่า )

***ถ้าความตึงผิวน้อย จิงโจ้น้ำก็จม และเข็มก็จมแบบมีความเร่งเลย......

 

แรงเชื่อมแน่น & แรงยึดติด

แรงเชื่อมแน่นหรือแรงโคฮีชั่น คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสารชนิดเดียวกัน เช่นๆๆ น้ำกับน้ำ

เอทานอลกับเอทานอล เป็นต้น

แรงยึดติดหรือแรงแอดฮีชั่น คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสารต่างชนิดกัน เช่นๆๆ น้ำกับแก้ว

น้ำกับกระดาษ เป็นต้น

 

จ้องๆๆ

1. กระดาษเปียกน้ำ เพราะ แรงยึดติดของน้ำกับกระดาษ > แรงเชื่อมแน่นของน้ำกับน้ำ

2. มีหยดน้ำอยู่บนแผ่นพลาสติก เพราะ แรงเชื่อมแน่นของน้ำกับน้ำ > แรงยึดติดของน้ำกับพลาสติก

 

3. ผิวน้ำที่ติดข้างแก้ว มีระดับสูงกว่าบริเวณตรงกลาง

เพราะ แรงยึดติดระหว่างน้ำกับแก้ว มากกว่า แรงเชื่อมแน่นระหว่างน้ำกับน้ำ

รูปที่ 68

4. ผิวปรอทตรงกลาง มีระดับสูงกว่าบริเวณขอบที่ติดแก้ว

เพราะ แรงเชื่อมแน่นของปรอทกับปรอท มากกว่าแรงยึดติดระหว่างปรอทกับแก้ว

รูปที่ 69

น้ำในหลอดคะปิลลารี่สูงกว่าระดับน้ำในบีกเกอร์ และ ผิวหน้ามีลักษณะเว้า

เพราะ แรงยึดติดระหว่างน้ำกับแก้วมีมากกว่าแรงเชื่อมแน่นระหว่างน้ำกับน้ำ

และน้ำมีแรงดึงผิวทำให้โมเลกุลของน้ำดึงโมเลกุลอื่นๆที่มีปรืมาตรมากลงไปด้วย

เมื่อดึงโมเลกุลน้ำข้างบนที่มีปริมาตรมากๆลงไปแล้ว มันจะไปดันน้ำที่มีปริมาตรน้อยๆสูงขึ้นในหลอดคะปิลลารี่

รูปที่ 70

6. ปรอทในหลอดคะปิลลารี่ต่ำกว่า ระดับปรอทในบีกเกอร์และผิวหน้ามีลักษณะ

โค้งนูน เพราะ แรงเชื่อมแน่นระหว่างปรอทกับปรอท มีมากกว่าแรงยึดติดระหว่างปรอทกับแก้ว อะตอมปรอทจึงดึงดูดกันมาก ทำให้ผิวมันนูนขึ้นมา มันเลยดูดให้ปรอทปริมาตรน้อยๆในหลอดคะปิลลารี่เตี้ยลง

รูปที่ 71

จากข้อ 5 ข้อ 6 เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การซึมตามรูเล็ก ( Capillarity )

 

แรงตึงผิว ( Surface tension force)

แรงตึงผิว คือ แรงที่พยายามยึดผิวของเหลวไว้ มีทิศขนานกับผิวของเหลวและตั้งฉากกับเส้นขอบของวัตถุ

รูปที่ 72 เข็มลอยน้ำ ทั้งๆที่เข็มมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ 8 เท่า แรงตึงผิวไม่ใช่แรงลอยตัว แรงตึงผิวเป็นแรงที่ผิวมันพยายามยึดไว้ไม่ให้ขาดจากกัน จะรับหนักได้แค่เบาๆ และวัตถุเล็กๆ เท่านั้น

ถ้าวัตถุใหญ่หรือน้ำหนักเยอะจะต้องอาศัยแรงลอยตัว (บาเยนซี่) ในการลอย

รูปที่ 73 ก็คือเข็มลอยน้ำ แต่มองก้นเข็ม จะเห็นว่าแรงตึงผิวนั้นมีทิศขนานกับผิวของเหลว สังเกตผิวของเหลวตรงที่เกิดแรงตึงจะเห็นว่า มันขนานกับทิศของแรง

รูปที่ 74 ก็เป็นเข็มลอยน้ำอีก แต่มองเฉียงๆจากด้านบนเป็น สามมิติ จะเห็นว่า แรงตึงผิวนั้น มีทิศทางตั้งฉากกับผิวของวัตถุ

รูปที่ 75 คือ ที่เป่าฟองสบู่ เมื่อจุ่มลงในสบู่เหลวจะมีสบู่เป็นแผ่น สมมุติว่าสีเทาๆ ทีนี่ก็เอาด้ายเส้นแดงๆ ที่มีห่วงเป็นวงกลมกำลังจะเอาไปสัมผัส(รูปซ้าย) เมื่อสัมผัสไปแล้ว ( รูปขวา ) สบู่จะเกิดแรงตึงผิวกระทำตั้งฉากกับผิวของเส้นด้าย ตลอดวงทุกทิศทาง จึงทำให้ด้ายเป็นวงกลมตึง

จ้องๆๆ

ถ้าเป็นเหรียญ จะมีผิวสัมผัสกับวัตถุเพียงด้านเดียว แต่ถ้าเป็นลวด ห่วงลวด จะมีผิวของเหลวสัมผัสวัตถุทั้ง 2 ด้าน

รูปที่76 เมื่อออกแรง F ดึงขึ้นจะมีแรงตึงผิวของเหลว ดึงลง และดึงออกข้าง จะเห็นว่าแรงที่ดึงออกข้างก็จะมีทิศขนานกับผิวของเหลว และตั้งฉากกับผิวเหรียญ ( ขอบเหรียญ ) & ตั้งฉากกับผิวขอบลวด และแรงที่ดึงลงก็จะตั้งฉากกับหน้าตัดเหรียญและลวด

ถ้าเป็นเหรียญ จะมีผิวสัมผัสกับวัตถุเพียงด้านเดียว แต่ถ้าเป็นลวด ห่วงลวด จะมีผิวของเหลวสัมผัสวัตถุทั้ง 2 ด้าน

 

 

ความหนืด (Viscosity)

รูปที่ 77 จะเห็นว่า โมเลกุลของของเหลวทั้ง 2 นี้ต่างกัน อันซ้ายเป็นโมเลกุลของของเหลวที่มีความหนืดต่ำ

เช่นๆ น้ำ คาร์บอกเตตระคลอไรด์ อันขวาเป็นโมเลกุลของของเหลวที่มีความหนืดสูง เช่นๆ น้ำมันข้น น้ำเชื่อม

ความหนืดของของเหลวขึ้นอยู่กับความสามารถของโมเลกุลไหลผ่านกันและกัน โมเลกุลที่เป็นโซ่ยาวอาจกีดขวางกันและกัน ทำให้ของเหลวมีความหนืด ถ้ามีขั้ว( ความรู้พันธะเคมี ) ก็จะมีความหนืดมากกว่าสารไม่มีขั้ว

 

สังเกตๆๆ เมื่อเทน้ำเชื่อมออกจากภาชนะบรรจุ น้ำเชื่อมจะไหลออกมาช้า เพราะมันมีความหนืดสูง มีโมเลกุลขนาดใหญ่ และมักจะมีขั้ว จึงทำให้การไหลผ่านกันและกันของโมเลกุลลำบาก แต่ถ้าเป็นคาร์บอนเตตระคลอไรด์ จะไหลสม่ำเสมอ ความหนืดต่ำ เพราะว่ามีโมเลกุลขนาดเล็ก ไม่มีขั้ว การไหลผ่านกันและกันจึงดี

รูปที่ 78 จะเห็นว่า น้ำมันจะเคลื่อนที่ยากกว่าน้ำ คือของเหลวที่มีความหนืดมากจะเคลื่อนที่ยากกว่าของเหลวที่มีความหนืดน้อย

** ความหนืด จะแปรผกผันกับอุณหภูมิ เมื่อ อุณหภูมิสูงขึ้นความหนืดจะลดลง

** ค่า SAE เป็นตัวเลขที่บอกความหนืดของน้ำมัน

ถ้า ค่า SAE ต่ำ จะมีความหนืดต่ำ ใช้กับจักรเย็บผ้า

ถ้า ค่า SAE สูง จะมีความหนืดสูง จึงจับเครื่องยนต์ได้ดี ลดการสึกหรอได้ดี ใช้กับเครื่องยนต์เบนซิน ดีเซล ฯลฯ

 

วัตถุที่เคลื่อนที่ในของเหลว

จะเคลื่อนที่ยากกว่าเคลื่อนที่ในอากาศ เพราะมีแรงต้านจากของเหลว และยิ่งความหนืดของของเหลวมากจะยิ่งเคลื่อนที่ยากขึ้น แรงต้านจากของเหลวนี้ เรียกว่า แรงหนืด

ส่วนความหนืดก็คือ สมบัติของของเหลวที่จะต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุในของเหลว

รูปที่ 79

วัตถุกำลังจมลงอยู่ในของเหลวจะมีแรง 3 แรงกระทำวัตถุ

F ลัพธ์ = ma

Mg – B – f = ma

**เมื่อเริ่มปล่อย ( v = 0 ) จะมีแต่ mg และ B เท่านั้น ไม่มีแรงหนืดมาต้านการเคลื่อนที่ จึงมีแรงเหลือมาก ทำให้ตอนนี้มีความเร่งมาก

**เมื่อความเร็ววัตถุเพิ่มขึ้น จะมีแรงหนืดมาช่วยต้านการเคลื่อนที่มากขึ้น แรงลัพธ์ที่เหลือจึงน้อยลง

ดังนั้น วัตถุจะมีความเร่งลดลงเรื่อยๆ

**เมื่อวัตถุมีความเร็วถึงค่าหนึ่ง แรงหนืดจะมากพอที่จะหักล้างแรง mg ทั้งหมด ทำให้ แรงลัพธ์เป็น 0 วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ เรียกความเร็วขณะนี้ว่า ความเร็วปลาย ( Terminal Velocity )

รูปที่ 80 เมื่อเขียนกราฟ ความเร็ว & เวลา จะได้แบบนี้ คือความเร็วจะคงที่เมื่อแรงหนืดมากพอที่จะต้านให้

แรงลัพธ์ = 0