Jos tykkäät juoda cocktaileja tai muita juomia pillistä, olet varmaan huomannut, että kun sen toinen pää lasketaan nesteeksi, juoman taso siinä on hieman korkeampi kuin kupissa tai lasissa. Miksi tämä tapahtuu? Yleensä ihmiset eivät ajattele sitä. Mutta fyysikot ovat jo pitkään onnistuneet tutkimaan tällaisia ilmiöitä hyvin ja jopa antaneet heille oman nimensä - kapillaariilmiöt. On meidän vuoromme selvittää, miksi näin tapahtuu ja miten tämä ilmiö selitetään.
Miksi kapillaariilmiöitä esiintyy
Luonnossa kaikella, mitä tapahtuu, on järkevä selitys. Jos neste kostuttaa (esimerkiksi vettä muoviputkessa), se nousee putkessa ylös, ja jos se ei kostu (esimerkiksi elohopeaa lasipullossa), se laskee alas. Lisäksi mitä pienempi tällaisen kapillaarin säde on, sitä korkeammalle neste nousee tai laskee. Mikä selittää tällaiset kapillaari-ilmiöt? Fysiikka sanoo, että ne syntyvät altistumisen seurauksenapintajännitysvoimat. Jos katsot tarkasti kapillaarin nesteen pintakerrosta, voit nähdä, että se on muodoltaan eräänlainen ympyrä. Sen reunaa pitkin putken seinämiin kohdistuu painetta ns. pintajännityksen voimalla. Lisäksi kostutusnesteellä sen suuntavektori on suunnattu alaspäin ja ei-kostuttavalle nesteelle se on suunnattu ylöspäin.
Newtonin kolmannen lain mukaan se väistämättä aiheuttaa sen suuruisen vastapaineen. Juuri tämä aiheuttaa nesteen nousun tai putoamisen kapeassa putkessa. Tämä selittää kaikenlaiset kapillaariilmiöt. Kuitenkin varmasti monilla on jo ollut looginen kysymys: "Ja milloin nesteen nousu tai lasku pysähtyy?" Tämä tapahtuu, kun painovoima eli Archimedes-voima tasapainottaa voimaa, joka saa nesteen liikkumaan putkea pitkin.
Miten kapillaariilmiöitä voidaan käyttää?
Tämän paperitavaratuotannossa laajalle levinneen ilmiön yksi sovelluksista on tuttu melkein jokaiselle opiskelijalle tai oppilaalle. Arvasit varmaan jo, että puhumme kapillaarikynästä.
Sen laitteen avulla voit kirjoittaa melkein missä tahansa asennossa, ja ohut ja selkeä jälki paperilla on pitkään tehnyt aiheesta erittäin suositun kirjoitusveljeskunnan keskuudessa. Kapillaariilmiöitä käytetään laajasti myös maataloudessa säätelemään liikkeitä ja säilyttämään kosteutta maaperässä. Kuten tiedät, maa, jossa he kasvavatkulttuurilla on löysä rakenne, jossa sen yksittäisten hiukkasten välillä on kapeita rakoja. Itse asiassa se ei ole muuta kuin kapillaareja. Niiden kautta vesi pääsee juurijärjestelmään ja tarjoaa kasveille tarvittavan kosteuden ja hyödylliset suolat. Kuitenkin myös maaperän vesi nousee näitä polkuja pitkin ja haihtuu melko nopeasti. Tämän prosessin estämiseksi kapillaarit on tuhottava. Juuri tätä varten tehdään maaperän löysääminen. Ja joskus päinvastainen tilanne syntyy, kun on tarpeen lisätä veden liikettä kapillaarien läpi. Tässä tapauksessa maaperä rullataan alas, ja tämän vuoksi kapeiden kanavien määrä kasvaa. Arkielämässä kapillaariilmiöitä käytetään erilaisissa olosuhteissa. Imupaperin, pyyhkeiden ja lautasliinojen käyttö, sydänlankojen käyttö petrolilampuissa ja tekniikassa - kaikki tämä on mahdollista niiden koostumuksessa olevien pitkien kapeiden kanavien vuoksi.
