Fiziko - baza kurso/Transmisio de forto en fluidoj

Enhavo Fiziko - baza kurso

Strukturo de materio

Atomium en Bruselo. Pligrandigita modelo de kristala fero en kiu la sferoj prezentas la atomojn de fero

Materio konsistas el tre malgrandaj pecetoj (partikloj), kiuj estas iu­maniere aranĝitaj kaj kunligitaj. La partikloj, pri kiuj ni interesiĝas, estas la atomoj kaj la molekuloj.

Atomo estas la plej malgranda parto de kemia elemento. Atomoj estas nedisigeblaj per fizikaj aŭ kemiaj procedoj. Kelkaj materialoj, t.e. la me­taloj (ekz. fero Fe, aluminio Al, kupro Cu, ...), la duonkonduktantoj (ekz. karbono C, silicio Si, germaniumo Ge ...) kaj la noblaj gasoj (ekz. heliu­mo He, neono Ne ...), konsistas el atomoj de la sama kemia elemento.

Molekulo estas kunmetaĵo de almenaŭ du atomoj. Ĝi estas la plej malgranda ero de kor­po, konservanta la ecojn de la tuto. Molekuloj estas disigeblaj per kemiaj procedoj, sed ne­disigeblaj per fizikaj procedoj. La plej multaj materialoj konsistas el molekuloj. La sekvantaj bildoj montras modelojn de molekuloj de oksigeno (O₂), akvo (H₂O) kaj sukaro (C₁₂H₂₂O₁₁).

• 
  oksigeno O₂
• 
  akvo H₂O
• 
  sukaro C₁₂H₂₂O₁₁

Grando de partikloj

Por fariĝi ideo pri la grando de la partikloj, el kiuj konsistas materio, utilas la sekva ekzem­plo.

Ekzemplo

Oraj geedziĝaj ringoj

Dum sia geedziĝo persono surmetas tute oran edziĝo­ringon kun maso egala al 7,4 g.

a) Se la atomoj de oro estus kuboj, kiom longaj estus iliaj lateroj?

b) Pro eluziĝo post 40 jaroj la maso de la ringo mal­grandiĝas je 5%. Kiom da atomoj de oro la ringo per­das mezume en ĉiu sekundo?

La molmaso de oro sumiĝas je 197 g/molo kaj ĝia denso egalas 19,32 g/cm³.

Solvo

${m}=7,4g\qquad \rho =19{,}32{\frac {g}{cm^{3}}}\qquad M=197{\frac {g}{mol}}\quad \rightarrow \quad V={\frac {m}{\rho }}=0{,}383{cm^{3}}$

La nombro de moloj de la ringo estas $\textstyle \quad n={\frac {m}{M}}={\frac {7{,}4{g}}{197}}{\frac {g}{mol}}=0{,}0376{mol}$

Ĉar ĉiu molo havas N_A = 6,022 x 1023 atomojn, la nombro de atomoj de la ringo estas

$\textstyle {z}={n}\cdot {N_{A}}=0{,}0376{mol}\cdot 6{,}022\cdot 10^{22}{\frac {atomoj}{mol}}=2{,}26\cdot 10^{22}atomoj$

a) La volumeno de ĉiu atomo estas $\textstyle \quad V_{A}={\frac {0{,}383{cm^{3}}}{2{,}26\cdot 10^{22}}}=1{,}7\cdot 10^{-22}cm^{3}=1{,}7\cdot 10^{-29}m^{3}$

Se la atomoj estus kuboj, la longo de la lateroj estus $\quad a={\sqrt[{3}]{V_{A}}}={2{,}6\cdot 10^{-10}}m$

b) La atomoj perditaj en 40 jaroj sumiĝas je $\textstyle 0{,}05\cdot 2{,}26\cdot 10^{22}=1{,}13\cdot 10^{21}$ kaj la nombro da ato­moj perditaj en ĉiu sekundo egalas al $\textstyle {\frac {1{,}13\cdot 10^{21}}{40\cdot 365\cdot 24\cdot 3600}}=896\cdot 10^{9}$

Respondoj: La longo de la lateroj egalas 2,6 ∙ 10 ^-10 m kaj la persono perdas proksimume 900 miliardojn da ato­moj en ĉiu sekundo. Tiuj nombroj bone klarigas la malgrandecon de la atomoj.

Statoj de materio

La tri plej kutimaj materistatoj estas:

• solida stato
• likva stato
• gasa stato

Per varmigo solida materio je la fandopunkto transiras al likva stato, kaj likva materio je la bolpunkto al gasa stato. Aliaj malpli oftaj fazoj estas plasmo kaj superlikvo.

Solida stato

Modelo de solida korpo

En solida stato la partikloj estas tre proksimaj, regule aranĝitaj kaj forte fiksitaj unu al la alia.

Solidaj korpoj havas fiksan formon kaj volu­menon. Por ŝanĝi ilin necesas alporti sufiĉe da energio.

Likva stato

Modelo de likvo

En likva stato la partikloj estas tre proksimaj, sed ne regule aranĝitaj. La ligo inter la partikloj estas tre malforta. Likvaj korpoj havas fiksan volumenon, kiu ŝanĝiĝas malmulte pro ŝanĝo de temperaturo, kaj preskaŭ nenion pro ŝanĝo de premo.

Likvoj estas nekunpremeblaj!

Ilia formo tamen estas libera, sed norme konforma al la ujo, kiun ili plenigas.

Gasa stato

Modelo de gaso

En gasa stato, la partikloj estas tre malproksimaj kaj moviĝas senregule en la tuta spaco de la ujo, kiu en­tenas ilin. En ideala gaso, la ligo inter la partikloj estas nula kaj la volumeno de la partikloj estas nula kompare kun la volumeno de la ujo.

Gasoj estas facile kunpremeblaj!

Fluido

Fluido estas la komuna nomo de la ne-solidaj substancoj (t.e. likvoj, gasoj kaj plasmoj), kiuj estas facile deformigeblaj, ĉar iliaj eroj estas nur malmulte ligitaj.

Transmisio de forto - premo

Kiam oni premas sur solidan korpon, la forto estas transmisiata al la bazo de la korpo mem. Kiam oni premas sur likvon, la forto ne es­tas transmisiata, ĉar la partikloj flanken-movas.

Pro ilia rigideco solidaj korpoj bone taŭgas por transmisii fortojn. Tio ne simple eblas per fluidoj, ĉar ili estas facile aliformigeblaj.

Fluidoj transmisias forton nur, kiam ili estas fermitaj en solida ujo.

Premo propagiĝas ĉiudirekten sammaniere.

Tion montras ankaŭ la sekva eksperimento.

Se forto F agas sur moveblan areon A de ujo, kiu entenas flui­don, la premo en la ujo pligrandiĝas. Nedepende de la direkto de la forto, la premo agas ĉie orte sur la vando de la ujo.