معلومات عن ظاهرة التوتر السطحي

مفهوم التوتر السطحي
هي إحدى الظواهر الفيزيائية التي يُمكن أن تحدث للسائل نتيجة وجود قوى التماسك بين جزيئاته. ويكسب السائل من خلال هذه الظاهرة صفة الأغشية المُتماسكة، حيث يتصرف السائل من خلالها بهيئة مُماثلة لورقة مرنة تجعل الحشرات تسير على الماء دون أن تغرق، وكذلك تمكن القطع المعدنية (مثل: الإبر)،من الطفو على سطح الماء دون أن تترسب في القاع. كما أنها تُساهم في تشكل الخاصية الشعرية. وفي حال حدوث نفس التأثير بين سائلين مُختلفين، فإننا نطلق على هذه الظاهرة اسم “ظاهرة التوتر السطحي”. وفي هذا المقال سوف نتطرق إلى الحديث عن معلومات عن ظاهرة التوتر السطحي.
التفسير الفيزيائي لظاهر التوتر السطحي
تحدث هذه الظاهرة نتيجة لتأثير قوى شد على الجزيئات الموجودة داخل السائل من جميع الاتجاهات، حيث تُلغي كل منها الأخرى. في حين يوجد قوى من الأسفل والجوانب تعمل على التأثير على الجزيئات الموجودة على سطح السائل. مما يؤدي إلى جعل سطح السائل مشدوداً لأسفل، فيظهر على شكل غشاء مرن.
ويُمكن تفسير ظاهرة أن السائل يكتسب نفس شكل الإناء الذي يوضع فيه من خلال تأثّر الجزيئات الموجودة داخل السائل المُتجانس بقوى التماسك، وقوى التلاصق، وقوى الجذب الجزئية، حيث تعمل هذه القوى على تقوية روابط التماسك بين هذه الجزيئات. ومن الجدير بالذكر أن هذه القوى تكون قيمتها أقل مما هو عليه في الأجسام الصلبة.
العوامل التي تعتمد عليها ظاهرة التوتر السطحي
يعتمد حدوث هذه الظاهرة على مجموعة من العوامل، منها:
نوع السائل: فعلى سبيل المثال لا الحصر، تتميز ظاهرة التوتر السطحي لسائل الزئبق بأنها أكثر وضوحاً من السائل المائي، حيث تظهر قطرات الزئبق بشكل أكثر تكوراً من الماء، وذلك عكس الكحول الذي تظهر قطراته على شكل أقل تكوراً من الماء.
درجة الحرارة: تؤثر درجة الحرارة بعلاقة عكسية على تكوّن هذه الظاهرة، بحيث كلما قلت درجة الحرارة، زادّ التوتر السطحي للسائل، والعكس صحيح.
تطبيقات على ظاهرة التوتر السطحي
إمكانية الحشرات السير على الماء دون أن تغرق.
طفو قطع من المعدن الخفيف على سطح الماء، دون أن تترسب في القاع.
اتخاذ السائل لشكل الإناء الذي يُوضع فيه.
اكتساب قطرة الماء لشكلها الكروي، أو شبه الكروي.
عدم تبلل سطح مكون من (الشمع أو النايلون) بالماء عند سكب كمية من الماء عليه، ويعود السبب في ذلك إلى الفرق الملحوظ والكبير بين قوى التجاذب الموجودة بين جزيئات السائل (الماء)، وقوة الالتصاق بين السطح (الشمع أو النايلون) والسائل (الماء).