Avval o‘rganing: Agregat holatlar va fazaviy o‘tishlar
Suyuqliklarning sirti "taranglashgan parda"dek, qattiq jismlar esa cho‘zilganda qarshilik ko‘rsatadi va isitilganda kengayadi. Bu xossalar kapillyarlarda suvning ko‘tarilishi, ko‘priklar mustahkamligi, temir yo‘l relslari orasidagi tirqishlarni tushuntiradi. Ularning barchasining sababi bitta — molekulalar orasidagi o‘zaro ta’sir kuchlari. Gazda molekulalar bir-biridan uzoq va deyarli ta’sirlashmaydi, suyuqlikda ular zich joylashgan, lekin o‘rin almashib tura oladi, qattiq jismda esa muvozanat vaziyatlari atrofida tebranadi. Bu mavzu molekulyar-kinetik nazariya va mexanika (Guk qonuni) bilimlarini bog‘laydi va imtihonda tez-tez uchraydi.
Suyuqlik ichidagi molekulani qo‘shnilari har tomondan bir xil tortadi, natijaviy kuch nolga teng. Sirtdagi molekulani esa faqat yon va ichkaridagi qo‘shnilari tortadi — natijaviy kuch suyuqlik ichiga yo‘nalgan. Shuning uchun sirt qisqarishga, ya’ni eng kichik yuzaga ega bo‘lishga intiladi. Berilgan hajm uchun eng kichik sirtga shar ega, shuning uchun tomchi shar shaklida bo‘ladi, suv o‘lchagich (hasharot) esa suv ustida cho‘kmay yuradi.
Sirt molekulalari ichkaridagilarga qaraganda qo‘shimcha potensial energiyaga ega — sirt energiyasi. Sirtni ΔS ga kattalashtirish uchun ish bajarish kerak:
A = σ·ΔS
Sirt taranglik kuchi: F = σ·l, σ — sirt taranglik koeffitsiyenti (N/m), l — sirt chegarasi uzunligi
Sirt taranglik kuchi sirtga urinma bo‘ylab va chegaraga perpendikulyar yo‘nalgan. Suv uchun σ ≈ 0,073 N/m, sovunli suv uchun ~0,04 N/m. Sovun va boshqa sirt-faol moddalar σ ni kamaytiradi, harorat ortganda ham σ kamayadi. Ramka bilan masalada parda ikki tomonli — l ikki baravar olinadi.
Uzunligi 5 cm bo‘lgan ramka tomoniga sovun pardasi (σ = 0,04 N/m) qanday kuch bilan ta’sir qiladi?
Ichki diametri 1 mm pipetkadan suv tomchilari uziladi. Bitta tomchi massasi qancha (g = 10 m/s²)?
Suyuqlik molekulalari qattiq jism molekulalariga o‘z qo‘shnilaridan kuchliroq tortilsa, suyuqlik sirt bo‘ylab yoyiladi — ho‘llaydi; kuchsizroq tortilsa, tomchi bo‘lib yig‘iladi — ho‘llamaydi.
Ko‘tarilish sababi: menisk chegarasi bo‘ylab sirt taranglik kuchi σ·2πr suyuqlik ustunini yuqoriga tortadi, ustun og‘irligi ρgπr²h bilan tenglashguncha. Bundan (to‘liq ho‘llashda):
Ko‘tarilish balandligi: h = 2σ/(ρgr)
Nay qanchalik ingichka bo‘lsa, ko‘tarilish shunchalik katta (h ∝ 1/r). O‘simliklarda suvning ko‘tarilishi, sochiq va qog‘ozning namni shimishi, tuproqda namlikning yuqoriga chiqishi — kapillyar hodisalar. Yerni yumshatish kapillyarlarni buzadi va namlik bug‘lanishini kamaytiradi.
Radiusi 0,5 mm shisha naychada suv qanchaga ko‘tariladi?
Bir modda ikki holatda ham bo‘lishi mumkin: kvars kristall, kvars shishasi esa amorf.
Tashqi kuch ta’sirida jism shakli yoki o‘lchami o‘zgaradi — deformatsiya. Turlari: cho‘zilish va siqilish, siljish, egilish, buralish. Kuch olingandan keyin yo‘qoladigan deformatsiya elastik, qoladigani plastik (qoldiq) deyiladi.
Mexanik kuchlanish — kesim yuzasi birligiga to‘g‘ri keladigan kuch; nisbiy uzayish — uzayishning boshlang‘ich uzunlikka nisbati:
σ = F/S (Pa), ε = Δl/l₀
Guk qonuni: σ = E·ε, E — Yung moduli
Yung moduli material xossasi bo‘lib, jism o‘lchamiga bog‘liq emas; po‘lat uchun E ≈ 2·10¹¹ Pa. Guk qonunini F = kΔl ko‘rinishida yozsak, sterjen bikrligi k = ES/l₀ bo‘ladi. Kuchlanish oshirilsa, avval proporsionallik chegarasi, so‘ng elastiklik chegarasi keladi — undan keyin deformatsiya qoldiq bo‘ladi; mustahkamlik chegarasida jism buziladi. Konstruksiyalar xavfsizlik zaxirasi bilan hisoblanadi: ish kuchlanishi mustahkamlik chegarasidan bir necha marta kichik olinadi.
Uzunligi 2 m, kesimi 1 mm² po‘lat simga 100 N kuch osildi (E = 2·10¹¹ Pa). Uzayish qancha?
Shu simning bikrligi qancha?
Qizdirilganda atomlar tebranish amplitudasi ortadi va ular orasidagi o‘rtacha masofa kattalashadi — jism kengayadi.
Chiziqli: l = l₀(1 + αΔt), ya’ni Δl = αl₀Δt
Hajmiy: V = V₀(1 + βΔt), β ≈ 3α
α — chiziqli kengayish koeffitsienti (K⁻¹); po‘lat uchun α ≈ 1,2·10⁻⁵ K⁻¹. Shuning uchun relslar orasida tirqish qoldiriladi, ko‘priklar bir uchi siljiy oladigan tayanchlarga qo‘yiladi, elektr simlari yozda osilib qoladi. Bimetall plastinka (ikki xil metall) qizdirilganda egiladi — termostat va avtomat o‘chirgichlarda ishlatiladi.
Suv istisno: 0 °C dan 4 °C gacha isitilganda siqiladi — 4 °C da zichligi eng katta, shu sababli qishda ko‘l tubida suv 4 °C da qoladi, muz esa yuqorida suzadi va ko‘l tubigacha muzlamaydi.
Uzunligi 12,5 m po‘lat rels (α = 1,2·10⁻⁵ K⁻¹) qishdan yozgacha 50 K ga isiydi. Qanday tirqish kerak?