แรงยกตัว

แรงยกตัว (อังกฤษ: capillarity) เกิดจากส่วนของผิวของ ของเหลว ที่สัมผัสกับ ของแข็ง ซึ่งอาจทำให้เกิดแรงยกตัวขึ้นข้างบน (เช่น น้ำ) หรือแรงกดลงล่าง (เช่น ปรอท) ต่อผิวหน้าของของเหลว เช่นนี้เป็นลักษณะเฉพาะของพฤติกรรมใน หลอดแคปิลลารี่ (capillary tube) ที่วางตั้งฉากกับผิวของของเหลว แรงที่กระทำภายในหลอดแคปิลลารี่ คือ โคฮีชัน, แอดฮีชัน (adhesion) และ แรงตึงผิว (surface tension)

สมการ

 

ภาพนี้แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างที่เกิดขึ้นจากแรงยกตัวและแรงกดตัวในน้ำและปรอท

สมการเพื่อคำนวณหาความสูง, h ของของเหลวในหลอดในหน่วย (เมตร) คือ

${\displaystyle h={2{\gamma \cos {\theta }} \over {\rho gr}}}$ 

โดย:

• ${\displaystyle \scriptstyle \gamma }$  คือ แรงตึงผิวระหว่างน้ำ-อากาศ (J/m² or N/m)
• θ คือ มุมสัมผัส
• ρ คือ ความหนาแน่น ของของเหลว (kg/m³)
• g คือ ความเร่ง อันเนื่องมาจาก ความโน้มถ่วง (m/s²)
• r คือ รัศมี ของหลอด (m).

สำหรับน้ำในหลอดแก้วที่เปิดสู่อากาศ ณ ระดับน้ำทะเลนั้น,

${\displaystyle \scriptstyle \gamma }$  is 0.0728 J/m² at 20 °C

θ เท่ากับ 20° (0.35 rad)

ρ เท่ากับ 1000 kg/m³

g เท่ากับ 9.8 m/s²

ดังนั้น ความสูงของน้ำจะคำนวณได้จาก:

${\displaystyle h\approx {{1.4\times 10^{-5}\ {\mbox{m}}^{2}} \over r}}$ .

ดังนั้น สำหรับหลอดแก้วเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เมตร (รัศมี 1 เมตร) น้ำจะยกตัวประมาณ 0.014 มิลลิเมตร แต่สำหรับหลอดแก้วเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เซนติเมตร (รัศมี 0.01 เมตร) น้ำจะยกตัวประมาณ 1.4 มิลลิเมตร และสำหรับหลอดแก้วเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 มิลลิเมตร (รัสมี 0.0001 เมตร) น้ำจะยกตัวประมาณ 140 มิลลิเมตร

อ้างอิง

1. G.K. Batchelor, 'An Introduction To Fluid Dynamics', Cambridge University Press (1967) ISBN 0-521-66396-2

แหล่งข้อมูลอื่น

• ข้อมูลแรงยกตัว จากมหาวิทยาลัยไอโอวาสเตต