الامارات 7 - مفهوم التوتر السطحي
التوتر السطحي (بالإنجليزية: Surface Tension) هو خاصية من خصائص السوائل تُظهر قدرة السائل على مقاومة القوى الخارجية، وتنتج هذه الخاصية عن قوى التماسك والتلاصق بين جزيئات السائل. هذه القوى تجعل الماء يتصرف كغشاء مرن ممتد. يختلف مقدار التوتر السطحي من مادة إلى أخرى، حيث تمتلك السوائل العضوية مثل البنزين والكحول توترًا سطحيًا منخفضًا، بينما يتمتع الزئبق بتوتر سطحي أعلى. كما تؤدي زيادة درجات الحرارة إلى تقليل قوة الجذب بين جزيئات السائل، مما يقلل من التوتر السطحي.
تطبيقات التوتر السطحي
توجد العديد من الظواهر والتطبيقات المرتبطة بخاصية التوتر السطحي، ومن أبرزها:
الغسيل بالماء الساخن: يُفضل استخدام الماء الساخن في الغسيل لأنه يقلل من التوتر السطحي للماء، مما يساعد في اختراقه للأقمشة بشكل أفضل. إذا تم استخدام منظفات تقلل من التوتر السطحي، يمكن استخدام الماء البارد.
صناعة الخيام: تُصنع الخيام من مواد مقاومة للماء، لكن إذا تم لمسها، فإن ذلك قد يكسر التوتر السطحي، مما يجعل الماء يتسرب من خلالها.
الصابون والمنظفات: تساعد المنظفات في تنظيف الأقمشة عن طريق تقليل التوتر السطحي للماء، مما يُسهل عملية اختراق الماء للأقمشة وإزالة الأوساخ.
التحدب والتقعر في الأنابيب: عندما يُحصر الماء في أنبوب، يتخذ سطحه شكلًا مقعرًا بسبب تفاعل الماء مع السطح. بينما يتخذ الزئبق شكلًا محدبًا بسبب قوى التماسك.
الفقاعات المستديرة: يوفر التوتر السطحي للماء قوة كافية لتشكيل الفقاعات بشكل دائري، حيث يسعى الماء لتقليل توتر الجدار.
أمثلة أخرى على التوتر السطحي
مشي الحشرات: تستطيع بعض الحشرات الصغيرة المشي على سطح الماء بسبب وزنها الخفيف الذي لا يكفي لاختراق السطح.
تعويم الإبرة: يمكن وضع إبرة صغيرة على سطح الماء لتطفو، على الرغم من أنها ستغرق إذا تم تحريكها بسرعة.
شكل قطرات الماء: تميل قطرات الماء إلى الشكل الكروي بفضل قوى التماسك، مما يجعلها تأخذ أشكالًا كروية رغم سهولة تشوهها.
فحص البول في حالات اليرقان: يُظهر بول المصاب باليرقان توترًا سطحيًا أقل من البول الطبيعي.
المطهرات: تمتلك بعض المطهرات توترًا سطحيًا منخفضًا يمكنها من عبور جدران الخلايا البكتيرية وقتلها.
الخاصية الشعرية: تتعلق بارتفاع السائل داخل أنبوب صغير القطر، حيث يسهم التلاصق بين السائل وجدران الأنبوب في هذه الظاهرة.
التوتر السطحي (بالإنجليزية: Surface Tension) هو خاصية من خصائص السوائل تُظهر قدرة السائل على مقاومة القوى الخارجية، وتنتج هذه الخاصية عن قوى التماسك والتلاصق بين جزيئات السائل. هذه القوى تجعل الماء يتصرف كغشاء مرن ممتد. يختلف مقدار التوتر السطحي من مادة إلى أخرى، حيث تمتلك السوائل العضوية مثل البنزين والكحول توترًا سطحيًا منخفضًا، بينما يتمتع الزئبق بتوتر سطحي أعلى. كما تؤدي زيادة درجات الحرارة إلى تقليل قوة الجذب بين جزيئات السائل، مما يقلل من التوتر السطحي.
تطبيقات التوتر السطحي
توجد العديد من الظواهر والتطبيقات المرتبطة بخاصية التوتر السطحي، ومن أبرزها:
الغسيل بالماء الساخن: يُفضل استخدام الماء الساخن في الغسيل لأنه يقلل من التوتر السطحي للماء، مما يساعد في اختراقه للأقمشة بشكل أفضل. إذا تم استخدام منظفات تقلل من التوتر السطحي، يمكن استخدام الماء البارد.
صناعة الخيام: تُصنع الخيام من مواد مقاومة للماء، لكن إذا تم لمسها، فإن ذلك قد يكسر التوتر السطحي، مما يجعل الماء يتسرب من خلالها.
الصابون والمنظفات: تساعد المنظفات في تنظيف الأقمشة عن طريق تقليل التوتر السطحي للماء، مما يُسهل عملية اختراق الماء للأقمشة وإزالة الأوساخ.
التحدب والتقعر في الأنابيب: عندما يُحصر الماء في أنبوب، يتخذ سطحه شكلًا مقعرًا بسبب تفاعل الماء مع السطح. بينما يتخذ الزئبق شكلًا محدبًا بسبب قوى التماسك.
الفقاعات المستديرة: يوفر التوتر السطحي للماء قوة كافية لتشكيل الفقاعات بشكل دائري، حيث يسعى الماء لتقليل توتر الجدار.
أمثلة أخرى على التوتر السطحي
مشي الحشرات: تستطيع بعض الحشرات الصغيرة المشي على سطح الماء بسبب وزنها الخفيف الذي لا يكفي لاختراق السطح.
تعويم الإبرة: يمكن وضع إبرة صغيرة على سطح الماء لتطفو، على الرغم من أنها ستغرق إذا تم تحريكها بسرعة.
شكل قطرات الماء: تميل قطرات الماء إلى الشكل الكروي بفضل قوى التماسك، مما يجعلها تأخذ أشكالًا كروية رغم سهولة تشوهها.
فحص البول في حالات اليرقان: يُظهر بول المصاب باليرقان توترًا سطحيًا أقل من البول الطبيعي.
المطهرات: تمتلك بعض المطهرات توترًا سطحيًا منخفضًا يمكنها من عبور جدران الخلايا البكتيرية وقتلها.
الخاصية الشعرية: تتعلق بارتفاع السائل داخل أنبوب صغير القطر، حيث يسهم التلاصق بين السائل وجدران الأنبوب في هذه الظاهرة.