Teadlane selgitab: miks saab ainult märjast liivast lossi ehitada?

Liivalosse saab paremini ehitada peenemast liivast ja õigest kogusest veest. Teadlasel on selle kohta seletus, miks loss just siis paremini koos püsib Foto: Pixabay

Suvel, kui on ilusad ilmad ja päike paistab, meeldib lastele ja miks mitte ka täiskasvanutele rannas liivalosse ehitada. Kuid kuivast liivast ehitada ei saa. Tõsi, päris märg liiv ei püsi samuti koos. Tekib küsimus, miks siis kuiv liiv koos ei püsi?

Vastab Tallinna Tehnikaülikooli professor füüsik Jaan Kalda.

Vastus peitub kapillaarjõududes, pindpinevusjõududes. Veepind üritab kokku tõmmata, näiteks veepiisad tõmbuvad ümmarguseks nagu kummikile, mis üritab ennast hästi väikeseks tõmmata. Seal on kindel jõud pikkusühiku kohta ning mida pikem selline mõtteline joon on, seda tugevamalt seda mõttelist pinda mööda tõmbab.

Kui arvata, et just see hoiabki liiva koos, siis tegelikult on asi veidi keerulisem.

Toon siinkohal teise näite, mis aitab liivaterade «kleepumist» paremini mõista. Kindlasti on paljud tähele pannud, et kui kaks klaasi on üksteise peal ja vesi on seal vahel, siis on päris raske seda ülemist klaasilehte alumise pealt ära saada. Kui aga klaasid on kuivad, tulevad need lahti kergemini. Väga kiiresti ei tohi tõmmata, sest õhk peab vahele pääsema. Veega on neid plaate aga hoopis raskem lahutada.

Siin tuleb mängu seesama pindpinevus, aga mitte nagu veepinna puhul, mis üritab kokku tõmmata, vaid sellepärast, et vee sees on atmosfääri rõhust väiksem rõhk, mida nimetatakse kapillaarrõhuks (𝑝c).

Tilga sees on rõhk suurem. Sõltuvalt sellest, kuhu poole see pind kõver on – meil on kaks plaati ja nende vahele tekib menisk või kael, siis on see keskelt kitsam ja väljast laiem. Kui vaadata seda ristlõikes, siis näeb see välja enam-vähem poolringina. Sellise kõvera pinna sissepoole on rõhk suurem ja väljaspoole väiksem. Sissepoole on see pööratud atmosfäärirõhu poole – seal on rõhk suurem. Klaasplaatide vahel on jälle rõhk väiksem.

Me teame valemit, et jõud on rõhkude vahe korda pindala. Kui vett on palju, on seal sees väiksema rõhu all oleva vee pindala suur. Järelikult tekib meil päris tugev jõud, millega peame neid klaasplaate lahti sikutama.

Kapillaarrõhu puhul on see rõhkude vahe, millest rääkisime, pöördvõrdeline kõverusraadiusega. Seega mida väiksem on kõverusraadius, seda suurem on rõhkude vahe. Kõverusraadius sõltub sellest, kui tihedalt plaadid koos on. Kui plaadid on hästi tihedalt koos, siis on kõverusraadius on väga väike, järelikult jõud on hästi suur.

Sama on liivateradega – kahe liivatera vahel tekib samuti selline menisk või vedelikust moodustunud kaelakene. Seal vahel on rõhk väiksem ja see surubki neid liivaterasid üksteisega kokku.

Kui liivas pole üldse vett, ei ole ka meniskit. Kui vett on palju, siis ei ole samuti meniskit – kõik terad on üleni vee sees.

Kui aga tekib vahepealne olukord ehk vett on just parasjagu, siis on meniskid igal pool liiva sees olemas ja vesi koos oma pindpinevuse ja kapillaarrõhuga kleebibki need liivaterad kokku.

Siit saab järeldada, et kõverusraadius mõjutab, kui suur on rõhkude erinevus. Niisiis on liivalossid seda paremad ja tugevamad, mida väiksemad on liivaterad, sest siis tekib neid meniski kaelakesi ka hästi väikse kõverusraadiusega ning rõhkude vahe sees ja väljas on suurem. Kui tahta ehitada liivalossi, tasub seega otsida hästi peenikese liivaga kohti.

Sama kehtib ka ehitusel. Kui teha betoonisegu ja kuni see ei ole veel kivistunud, on see nagu liivaloss ning täpselt samamoodi mängib sealgi liivaterade suurus olulist rolli.