Av Kevin Beck | Uppdaterad 24 mar 2022
När vi tänker på en vätska föreställer vi oss ofta vatten i ett glas, en bäck i en flod eller den hala ytan av en damm. Men den vardagliga upplevelsen av en vätska fångar inte hela den vetenskapliga bilden. Nedan fördjupar vi oss i vad som gör ett ämne till en vätska, hur det beter sig och varför vätskor spelar roll – från teknik till mänsklig biologi.
All materia existerar i ett av tre primära tillstånd. Fasta ämnen har tätt packade, regelbundet arrangerade partiklar som vibrerar på plats. Gaser har stora partiklar som rör sig fritt och upptar alla tillgängliga volymer. Vätskor sitter mellan dessa ytterligheter:deras partiklar ligger nära varandra men saknar en fast form, vilket gör att de kan flyta och anpassa sig till sina behållare.
Inom fysiken, en vätska hänvisar till något ämne som inte kan motstå deformation. Denna paraplyterm omfattar både vätskor och gaser. Vätskor kan beskrivas med samma fundamentala ekvationer – framför allt Navier-Stokes ekvationer – oavsett om ämnet är vatten eller luft. Denna enhetliga behandling förklarar varför en maratonlöpare måste hantera vätskeförlust lika noggrant som en flygplanspilot hanterar luftflödet.
Vätskor kännetecknas av tre breda kategorier av egenskaper:
Dessa egenskaper styr allt från hur en droppe olja sprids på en yta till hur luft strömmar runt en flygplansvinge.
Vatten och luft dominerar dagliga diskussioner om vätskor, men en mängd andra vätskor – olja, bensin, fotogen, lösningsmedel och till och med drycker – spelar avgörande roller i industrin och den dagliga bekvämligheten. Många av dessa vätskor är farliga; korrekt förvaring är avgörande för att förhindra oavsiktlig förtäring eller exponering.
I människokroppen är vätskor väsentliga. Även om blod innehåller fasta ämnen (celler och proteiner), beter sig dess plasmakomponent som en vätska. Korrekt hydrering är avgörande för atletisk prestation, men många idrottare lider fortfarande av uttorkning trots frekvent tankning.
Vätskemekanik studerar hur vätskor rör sig och interagerar med sin omgivning. Till skillnad från fasta ämnen kan vätskor klippa - lager av vätska glider förbi varandra - skapa fenomen som virvlar och turbulens. Skjuvspänningen τ beräknas som:
τ =μ(du/dy)
där μ är dynamisk viskositet och du/dy är hastighetsgradienten.
Två kritiska krafter inom aerodynamik och hydrodynamik är drag and lift:
Här, ρ är vätskedensitet, A är tvärsnittsarea, v är hastighet och C_D eller C_L är formberoende konstanter.
Vatten utgör ungefär 60 % av en vuxens kroppsvikt. Två tredjedelar av detta – cirka 40 % av den totala kroppsvikten – är intracellulär vätska; den återstående tredjedelen är extracellulär vätska. Blodplasma, som är den flytande delen av blodet, står för ungefär en fjärdedel av den extracellulära vätskan, eller 5 % av den totala kroppsvikten.
För en individ på 70 kg (154 lb):
Dessa beräkningar illustrerar vikten av att upprätthålla vätskebalansen för hälsa och prestation.
