נוזל

נוזל הוא מצב צבירה בו נפח החומר נקבע על-פי תנאי הטמפרטורה והלחץ בהם הנוזל שרוי, ואשר צורתו בצדדיו נקבעת לרוב לפי צורת הכלי בו הוא נתון.

מים הנוזלים מברז

נוזלים מקבלים את צורת כלי הקיבול שלהם

מים, בנזין וחלב הם דוגמאות לנוזלים מוכרים מחיי היומיום של בני האדם.

אם נוזל נמצא במנוחה בשדה אחיד של כוח המשיכה או בתאוצה קבועה, הלחץ ההידרוסטטי $\ p$ בכל נקודה לאורך ציר הגובה של הנוזל נקבע לפי חוק פסקל:

$\ \rho gh=p$

כאשר $\rho$ היא צפיפות הנוזל או המסה הסגולית שלו, כלומר המסה ליחידת נפח (בהנחה כי היא קבועה), $\ h$ הוא עומק הנקודה תחת פני הנוזל ו-$\ g$היא תאוצת הכובד באותו מקום או התאוצה באותו המקום. ביטוי זה נותן את הלחץ ההידרוסטטי בלבד, בכל נקודה בתוך הנוזל. יש להתחשב בלחץ האוויר השורר באותו מקום כדי לקבל את הלחץ הכולל (למשל, בגובה פני הים לחץ האוויר הוא אטמוספירה אחת).

לנוזלים יש מתח פנים, (מושג המתאר את התנהגות פני השטח של נוזלים כיריעה אלסטית ומושפע מכוח המשיכה ההדדי בין מולקולות החומר שעל פני הנוזל), ונימיות. לרוב הם מתפשטים כאשר הם מחוממים, ומתכווצים בקירור. החריג הבולט והחשוב ביותר בטבע מבחינה זו הוא המים. בגובה פני הים המים מתכווצים תוך כדי ירידת הטמפרטורה שלהם עד ל-C° ‏4 ואז מתפשטים (הנפח שלהם ליחידת מסה גדל) עד ל-C° ‏0 ומכאן חוזרים ומתפשטים בתור מוצק (האנומליה של המים). עצמים הטבולים בנוזל נתונים להשפעה של כושר ציפה (buoyancy).

נוזלים הופכים לגז בנקודת הרתיחה האופיינית להם, התלויה בלחץ האוויר, ובנקודת הקיפאון הופכים למוצק. לדוגמה, נקודת הרתיחה במקומות גבוהים יורדת, משום שבמקומות אלה לחץ האוויר נמוך יותר. מאותה סיבה, בסיר לחץ בו מתבצע הבישול על פי רוב בלחץ של 4 אטמוספירות, טמפרטורת הרתיחה עולה, מה שמקצר את זמן הבישול.

בתהליך זיקוק נוזלים יכולים להיפרד אחד מן השני, מאחר שהם מתאדים כל אחד לפי נקודת ההרתחה שלו. קוהזיה בין מולקולות של נוזל אינה מספקת כדי למנוע מפני השטח הגלויים מלהתאדות.

מחקר התכונות של נוזלים היה רווח במאות ה-17 וה-18, בייחוד באיטליה ובצרפת. במדינות אלה התפתחו ענפי ההידרוסטטיקה וההידרודינמיקה המתארים את משוואות המצב של נוזל ואת תנועתו. ידועה במיוחד תרומתם של משפחת ברנולי לפיתוח תורת הנוזלים. למחקר זה היו גם השלכות מעשיות חשובות מאוד: הבוכנה ההידראולית, שכיום רוב המכונות הגדולות והציוד המכני ההנדסי משתמשים בהן מבוססות על עקרון שימור הלחץ בנוזל ניוטוני (נוזל אי-דחיס וחסר צמיגות). הבוכנה ההידראולית היא אחד הכלים היעילים ביותר הקיימים להפקת כוח גדול באמצעות הפעלת כוח קטן (יתרון מכני).

כאשר החלו מחקרים תרמודינמיים על הגז התגלה הקשר שבין שני מצבי הצבירה והחלה להתפתח תורה אטומיסטית המסבירה את תכונות הגז ונוזל באמצעות ההנחה שהם מורכבים ממולקולות.

ראו גם

• מצבי צבירה אחרים של החומר: מוצק, גז, פלזמה, נוזל-על, עיבוי בוז-איינשטיין ועוד
• התאדות
• הידרוסטטיקה
• הידרודינמיקה
• משוואת ברנולי
• צמיגות
• הידראוליקה
• משורה – כלי המשמש למדידת נפח של נוזלים

לקריאה נוספת

• יעקב פרלמן, פיזיקה להנאתך, פרוינד, 1995

קישורים חיצוניים

• נוזל, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• נוזלים – Liquids, דף שער בספרייה הלאומית