محتويات
ظاهرة التوتر السطحي
يُعدّ التوتر السطحي من الظواهر الطبيعية الفيزيائية اللافتة للانتباه، والذي يمكّن الأجسام الصغيرة سواءً أكانت حشرات أو أدوات معدنية من الطفو على الماء، ويحدث التوتر السطحي نتيجة تجاذب جزيئات السائل على إثر التغير الحاصل في قوى الجزيئات الداخلية له، ويحدث هذا التجاذب نتيجة تعرّض جزيئات السائل إلى قوى جذب متساوية في القوة ومن جميع الاتجاهات، ويقاس التوتر السطحي بالديناميات لكل وحدة طول.
ولا بدّ قبل توضيح الأسباب التي تؤثرعلى هذه الظاهرة، التعرف أكثر على بعض خواص جزيئات المادة السائلة، والتي تختلف بالتأكيد من حيث درجة التماسك بين كل مادة سائلة وأخرى، والتعرف كذلك على القوى التي تجذب مادة مع مادة أخرى مختلفة من حيث درجة الصلابة، ومن أبرز تلك القوى؛ قوى التماسك بين جزيئات المادة نفسها؛ وهي قوى تجاذب بين جزيئات السائل نفسه، بالإضافة إلى قوى التلاصق بين المواد المختلفة، والتي تنشأ بين جزيئات السائل وجزيئات الإناء الذي يحوي ذلك السائل، ويُمكن القول بأنّه عند إضافة الصّابون أو المُنظّفات للماء قد يقل التّوتر السّطحي.[١]
سبب حدوث ظاهرة التوتر السطحي
يحدث التوتر السطحي عندما تتعرض جزيئات السائل مثل الماء إلى قوى شد متساوية من جميع الاتجاهات، إذ تكون المحصلة النهائية لهذه القوى صفرًا، ويختلف الماء عند السطح، إذ تعمل تشد قوى الجذب جزيئات السائل إلى الأسفل وإلى الجوانب، وببساطة فإن جميع الجزيئات تتعرض لقوى شد داخلي تتزن عندها كلّ القوى عند تعرضها لقوى الضغط الخارجية، وبالتالي تحاول جزيئات السائل إشغال أقل مساحة على السطح باتجاه الداخل، فيحدث ما يسمى بالتوتر السطحي، بمعنى أنه في التوتر السطحي تكون طاقة الجزيء المتصل تمامًا مع الجزيء الذي يجاوره أقل من الجزيء الأبعد، وبالتالي تكون طاقة التجاذب بين الجزيئات على السطح والتي هي أقل عددًا من الجزيئات الداخلية أعلى ما يمكن، وبالتالي تحدث تلك الظاهرة في محاولة من السائل لتقليل طاقة الجزيئات على السطح بتقليل عددها، ويعرّف التوتر السطحي علميًّا بأنّه القوى المؤثرة عموديًا على وحدة الأطوال من نقطة على السطح ويقاس بوحدة نيوتن لكل متر.[٢]
ويوجد عاملان مهمان يؤثران على ظاهرة التوتر السطحي، وهما:[٣]
- نقاوة السّائل: إذ إنّ الشوائب الموجودة في السائل تؤثر بطريقة ملحوظة على التوتر السطحي، وبالحقيقة تزيد المادة القابلة للذوبان مثل الملح من التوتر السطحي، بينما تؤثر المواد القابلة للذوبان بصورة أقل؛ الصابون، إذ إنها تقلل من التوتر السطحي.
- درجة الحرارة: إذ يقل التوتر السطحي مع ارتفاع درجة الحرارة، وتسمى درجة الحرارة التي يصبح عندها التوتر السطحي للسائل صفراً درجة الحرارة الحرجة للسائل.
طرق قياس التوتر السطحي
يتميز التوتر السطحي بأن له خصائص مختلفة، فهو ناتج من حالة من توازن القوى بين الماء والهواء، والذي يؤدي بدوره إلى حدوث التوتر السطح، وبسبب الأشكال المختلفة للتوتر السطحي، يوجد عدة طرق لقياسه وهي:[٤]
- المقياس التقليدي: إذ استخدام المقياس التقليدي للتوتر السطحي يعد طريقة حلقة دو نوي عام 1925، والتي تمثل عملية ميكانيكية تعتمد على استخدام القوة المقاسة لرفع حلقة البلاتين من سطح السائل، والقوة المطلوبة تُعدّ الأساس لقياس التوتر السطحي للسائل.
- الطرق الرقمية: والتي تعد من الطرق الحديثة لقياس التوتر السطحي، ومن أبرز طرقها؛ طريقة قياس الزوايا ومقياس الشد، والتي تقيس زاوية التلامس السطحي والضغط الشعري بين سائلين ثابتين، كالهواء والماء، وتساهم تلك الطريقة بقياس اختلافات الضغط بين السائلين، والتي ترتبط بمقدار الضغط على السطح.
أمثلة على التوتر السطحي
يوجد العديد من الأمثلة الحيّة على حدوث ظاهرة التوتر السطحي، والتي نشاهدها باستمرار في حياتنا، ومن أبرز هذه الأمثلة ما يأتي:[٥]
- فقاعات الصابون التي تنشأ من الماء والمواد السائلة الأخرى عند سكبها أو تحريكها.
- قطرات المطر عند هطولها، والتي تتخذ شكلًا متماسكًا على شكل خطوط طولية، كما قد تتخذ الشكل الكروي، بالإضافة إلى محاولة التصاقها بالمواد الصلبة التي تسقط عليها.
- إمكانية وقوف أو سير الكثير من الحشرات الصغيرة على سطح السائل.
- الطريقة التي تتخذ فيها أي مادة سائلة شكل الإناء التي تسكب فيه، وهي من الأمثلة اليومية المعروفة.
- تنظيف الملابس بواسطة الصابون من الأمثلة على ظاهرة التوتر السطحي.
- التوتر السطحي لقطرات المطر على سطح الخيام؛ إذ إنّ مواد الخيام الشائعة غير مقاومة للمطر إلى حد ما، فالتوتر السطحي للماء سيسد المسام في المادة النّاعمة المنسوجة، ولكن إذا لمس أحدهم مادة الخيمة بإصبعه، فستخترق التوتر السطحي وسيقطر المطر إلى داخل الخيمة.
المراجع
- ↑ "Surface Tension", hyperphysics, Retrieved 6-10-2019. Edited.
- ↑ "Surface tension", newworldencyclopedia, Retrieved 6-10-2019. Edited.
- ↑ "Factors affecting surface tension", brainkart, Retrieved 6-10-2019. Edited.
- ↑ "METHODS OF SURFACE TENSION MEASUREMENT", atascientific, Retrieved 6-10-2019. Edited.
- ↑ "Examples of surface tension", usgs, Retrieved 6-10-2019. Edited.
