ملتقى الفيزيائيين العرب - الانابيب الشعرية .. أسئلة صغيرة .. الرجاء الافادة

الخاصيــة الشــعرية

تلعب ظاهرة الخاصية الشعرية دورا ها فى سريان الماء فى النباتات الحية. فهى التى تمكن جذور النبات من امتصاص الماء بما فيه من مواد مغذية ذائبة من التربة. كما أن الخاصية الشعرية هى التى تجعل الماء يسرى إلى سطح التربة خلال الفتحات الشعرية بين حبيبات التربة. و فى المناطق الجافة يحاول المزارعون الإقلال من فقد التربة للرطوبة و ذلك بأن يجعلوا التربة السطحية أقل تماسكا و بالتالى تتسع الفتحات الشعرية على السطح و يقل سريان الماء إلى أعلى أى تحتفظ الأرض بالماء فترة أطول.

من الأمثلة الأخرى على الخاصية الشعرية هى أنك إذا غمرت طرف فوطة فى الماء و تركتها فترة ستجد أن الماء يرتفع ببطء إلى أعلى الفوطة. كما أن الكيروسين يرتفع فى شريط مصباح الكيروسين بالخاصية الشعرية.

العلاقة بين ارتفاع السائل فى الأنبوبة الشعرية و التوتر السطحى للسائل :

إذا غمرنا طرف أنبوبة زجاجية ذات قطر داخلى صغير رأسيا فى سائل فإننا نلاحظ تغير ارتفاع السائل فى الأنبوبة الشعرية و يعتمد ذلك على زاوية التماس بين السائل و الزجاج. فإذا كانت زاوية التماس حادة كما فى حالة الماء فى الزجاج (المفروض أنها فى حالة الزجاج النظيف و الماء النقى تساوى الصفر) فإن الماء يرتفع فى الأنبوبة الشعرية أما إذا كانت الزاوية أكبرمن 90 درجة كما فى حالة الزئبق و الزجاج فإن السائل ينخفض فى الأنبوبة الشعرية.

تفسير الخاصية الشعرية

تفسير ارتفاع الماء فى الأنبوبة الشعرية:

عندما يغمر طرف الأنبوبة الشعرية فى الماء يتقعر سطح الماء المواجه للهواء. و نتيجة لذلك يكون الضغط على الجانب المواجه للهواء عند النقطة M أكبر من الضغط على الجانب الآخر فى باطن السائل عند النقطة N

http://www.9o9i.com/upfiles/j9H40148.jpg

بمقدار ~p = 2 g cos J/r حيث g معامل التوتر السطحى و J زاوية التماس و r نصف قطر الأنبوبة. و لذلك يرتفع الماء فى الأنبوبة إلى ارتفاع h حتى يعادل الفرق فى الضغط عند النقطتين M , N أى أن :

~p = 2 g cos J/r = hrg

تفسير انخفاض الزئبق فى الأنبــوبة الشــعرية:

إذا غمر طرف الأنبوبة الشعرية رأسيا فى الزئبق يتحدب سطح الزئبق إلى الخارج و نتيجة لذلك يكون الضغط عند نقطة P2 التى تقع على جانب سطح السائل و فى باطنه أكبر من الضغط عند النقطة P1 التى تقع على الجانب الآخر للسطح فى الهواء. أى أن الضغط أسفل سطح السائل يكون أكبر من الضغط أعلاه بمقدار : ~p = 2 g cos J/r حيث g معامل التوتر السطحى و J زاوية التماس و r نصف قطر الأنبوبة.

http://www.9o9i.com/upfiles/vQw40148.jpg

و بذلك يكون مستحيلا أن يظل سطح الزئبق كما هو لذلك ينخفض سطح الزئبق داخل الأنبوبة بمقدار h ليتعادل الضغط على جانبى سطح الزئبق.

~p = 2 g cos J/r = hrg

حيث r كثافة الزئبق و g عجلةالجاذبية و من هذه العلاقة نجد أن التوتر السطحى يساوى :
~p = 2 g cos J/r = hrg

العوامل التى يعتمد عليها ارتفاع أو انخفاض السوائل فى الأنابيب الشعرية
من العلاقة بين ارتفاع أو انخفاض السائل فى الأنبوبة الشعرية و التوتر السطحى أى

http://www.9o9i.com/upfiles/tIz40148.jpg
من هذه العلاقة نجد أن ارتفاع السائل يتوقف على :

نصف قطر الأنبوبة الشعرية حيث يزدادارتفاع السائل كلما نقص نصف قطر الأنبوبة .

زاوية التماس حيث:

أ‌) يرتفع السائل فى الأنبوبة عن سطحه الخالص خارجها إذا كانت زاوية التماس بين السائل و مادة الأنبوبة حادة و بذلك يكون جيب تمامها أى المقدار cos J كمية موجبة.

ب‌) ينخفض السائل فى الأنبوبة عن سطحه خارجها إذا كانت زاوية التماس منفرجة حيث أن جيب تمامها يكون سالبا.

3) كثافة السائل حيث يزداد الإرتفاع أو الإنخفاض كلما قلت الكثافة و العكس صحيح .