Vedelik – definitsioon, omadused, liigid ja hüdrostaatika
Määratlus
Vedelik on aine olek, mis paikneb tahke ja gaasi vahel. Vedelikul on peaaegu kindel ruumala, kuid puudub kindel kuju — vedelik võtab alati ära selle mahuti kuju, kuhu teda pannakse. Vedelikke nimetatakse üldiselt vedelateks aineteks ehk voolavaks faasiks.
Millest vedelik koosneb ja kuidas käitub
Molekulid, millest vedelik koosneb, on üksteise suhtes lähedal, kuid võivad omavahel vabalt liikuda. Iga väike jõud suudab vedeliku kuju muuta läbi voolamise, mistõttu vedelik ei säilita tahket kuju. Vedelike osakestevahelised jõud on suuremad kui gaasides, seetõttu on vedelike tihedus kõrgem ja need on raske suruda kokku.
Olulised omadused
- Ruumala ja kuju: vedelikul on mõõdetav ruumala, kuid puudub kindel kuju — ta võtab ära mahuti kuju.
- Tihedus: iga vedelikul on oma tihedus (ρ), mis näitab massi ühiku ruumala kohta ja mõjutab vedeliku füüsikalisi omadusi.
- Viskoossus: aeglaselt voolavatel vedelikel on kõrge viskoossus. Mõned väga viskoossed ained, näiteks tõrva, võivad tunduda peaaegu tahked.
- Pinnajõud: vedelikute pinnakihil ilmneb pinna- ehk pindpinevus, mis põhjustab tilkade tekkimist ja kapillaarilisi nähtusi.
- Hõljuvus ja tiheduse mõju: objektide hõljumine sõltub vedeliku tihedusest ja keha tihedusest (Archimedes' printsiip).
- Faasiüleminekud: vedelik muutub külmudes tahkeks teatud temperatuuri juures (seda nimetatakse sulamis- või külmumispunktiks) ja kuumutades muutub see gaasiks (seda temperatuuri nimetatakse keemistemperatuuriks).
Liigid ja käitumine
Vedelikke võib jagada mitmeti: näiteks vastavalt koostisele polaarseteks ja mittepolaarseteks, vastavalt vooluvõimele Newtoni- ja mitte-Newtoni vedelikeks (Newtoni vedeliku viskoossus on temperatuurist sõltuv, aga voolamiskiirusest sõltumatu; mitte-Newtoni vedelikud muudavad viskoossust voolamise tingimustes). Samuti eristatakse puhtaid ained ja segusid (näiteks lahused).
Levinud näited vedelikest on vesi, õlid ja veri, aga vedelikuks loetakse ka metallilist elavhõbedat, lahuseid, lahusteid jms.
Hüdrostaatika — rõhk vedelikus
Vedelikus avaldab ülevalpool asuv vedelik allapoole survet, seega on allpool olevas punktis olev rõhk suurem kui pealpool. Hüdrostaatiline rõhu seos lihtsa, ühtlase vedeliku puhul ühel vertikaalsel teljel väljendub valemiga:
p = ρgz
kus p on hüdrostaatiline rõhk, ρ on vedeliku tihedus, g on gravitatsioonikiirendus (gravitatsioon.) ja z on punkti sügavus vedeliku pinnast allapoole. See tähendab, et rõhk vedelikus sõltub sügavusest ja tihedusest, aga ei sõltu vedeliku kogusemahust ega mahuti kujust.
Tavaliselt mõõdetakse tihedust kilogrammides kuupmeetri kohta (kg/m³), g on ligikaudu 9,81 m/s² Maa pinnal ja p on mehaanilises SI-süsteemis paskalites (Pa), kus 1 Pa = 1 N/m².
Rakendused ja tähtsus
Vedelikute mõistmine on oluline paljudes valdkondades: inseneritöödes (torustikud, hüdraulika), meditsiinis (vereringe uurimine), keemiatööstuses, meteoroloogias ja igapäevaelus (veevarustus, õlide kasutus). Hüdraulilised seadmed kasutavad vedelike praktilist omadust edastada rõhku (Pascal’i seadus) ja vedeliku omadusi arvestatakse ehitises, laevaehituses, automehhaanikas jpm.
Vesi on vedelik
Küsimused ja vastused
K: Mis on vedelik?
V: Vedelik on aine vorm, mis jääb tahke ja gaasi vahele. Sellel on peaaegu fikseeritud ruumala, kuid puudub kindel kuju ja selle molekulid võivad omavahel vabalt liikuda.
K: Kuidas mõjutab gravitatsioon vedelikke?
V: Gravitatsioon paneb vedelikud võtma selle anuma kuju, milles nad on, sest iga väike jõud paneb neid voolamise teel oma kuju muutma.
K: Mis on viskoossus?
V: Viskoossus näitab, kui aeglaselt või kiiresti vedelikud voolavad. Suure viskoossusega vedelikud, näiteks tõrva, võivad tunduda tahked.
K: Kas vedelikku on võimalik kokku suruda?
V: Ei, vedelikku on raske kokku suruda.
K: Millisel temperatuuril muutub vedelik tahkeks?
V: Kui vedelik jahutatakse alla selle sulamis- või külmumispunkti (mis sõltub vedeliku tüübist), muutub see tahkeks.
K: Millisel temperatuuril muutub vedelik gaasiks?
V: Kui vedelikku kuumutada üle selle keemistemperatuuri, muutub see gaasiks.
K: Kuidas arvutatakse vedelike rõhku?
V: Rõhku vedelikes saab arvutada, kasutades võrrandit p = ρgz, kus z on punkti sügavus maapinnast allpool, g on see, kui tugevalt tõmbab vedelikku gravitatsioon ja ρ on tihedus, mis ütleb, kui raske on määratud kogus vedelikku.
