ADDA | Napięcie powierzchniowe
410
post-template-default,single,single-post,postid-410,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,,select-theme-ver-3.2.2,wpb-js-composer js-comp-ver-4.12,vc_responsive

Napięcie powierzchniowe

Jeśli byłeś na wakacjach nad wodą np. nad jeziorem albo rzeką to pewnie udało ci się zobaczyć robaczki chodzące po wodzie. Te zwierzątka, często mylone z pająkami, to nartniki (zdjęcie poniżej z lewej strony). Nartniki należą do pluskwiaków różnoskrzydłych – czyli są spokrewnione np. z odorkami zieleniakami, które często można spotkać na malinach i porzeczkach (jak ten na zdjęciu poniżej z prawej strony).

nartnik-odorek-600dpi

Nartniki są drapieżnikami, polują na inne owady. Uwaga, wzięte do ręki mogą ukąsić (źródło: Wikipedia). Odorek zieleniak, jak wszystkie pluskwiaki różnoskrzydłe, w obronie może wydzielać bardzo brzydki zapach, który działa odstraszająco (źródło:Wikipedia). Stąd nazwa „odorek”. Chyba każdemu zdarzyło się zjeść wyjątkowo paskudnie smakującą malinę – zapewne ktoś wcześniej przestraszył na niej Odorka. (Zdjęcie z lewej: flickr,shrikant rao. Zdjęcie z prawej: flickr, Laurence Livermore)

Ale wracając do nartników – jak to jest możliwe, że udaje im się chodzić po wodzie? Zwierzęta te wykorzystują właściwości wody a dokładnie zjawisko, które nazywa się napięciem powierzchniowym.

Zacznij od kilku szybkich obserwacji:

  • Weź kilka monet (np. jednogroszówek). Na jedną wlej po kropli wodę a na drugą np. olej. Zobacz jaką dużą kroplę udaje się utworzyć z wody. Przyjrzyj się jej z boku.
monety-300dpi

Będzie ci łatwiej jeśli nalejesz wodę lub olej małą łyżeczką. Z lewej jest jednogroszówka z dużą kroplą wody. Z prawej na górze, dla porównania – pusta moneta. A w prawym dolnym rogu moneta z krąplą oleju. Większej kropli oleju nie da się zrobić bo spływa. Sprawdź sam! Fot. ADDA (Łucja)

  • Do miseczki wlej wodę. Weź kawałek bibuły albo chusteczki higienicznej i ostrożnie połóż ją na powierzchni wody (zdjęcie 1). Chusteczka nie tonie. Na bibułę ostrożnie połóż spinacz do papieru (zdjęcie 2), albo igłę krawiecką, szpilkę lub jednogroszówkę. Teraz, nie dotykając tego co położyłeś na chusteczce, delikatnie zatop samą chusteczkę (zdjęcie 3). Co się stanie?
spinacz-300dpi

Spinacz można też od razu położyć na wodzie ale czasem jest to trudne. Dlatego podajemy sposób na około. Zauważ, że jeśli nie położysz spinacza idealnie na płasko tylko którymś z boków najpierw, to od razu zatonie. Fot. ADDA (Łucja).

  • Jeśli na wodzie położysz kawałek korka albo pumeksu albo gumową kaczuszkę do kąpieli i spróbujesz ją zatopić to co się stanie? A co się stanie, jeśli tak samo spróbujesz zatopić spinacz albo monetę, które udało ci się położyć na wodzie?

Spinacz można położyć na wodzie tak samo jak nóżki nartnika stoją na wodzie. Dlaczego jest to możliwe?

Jak pisałam wcześniej, cząsteczki płynnej wody są bardzo ciasno upakowane:

water

Obrazek: Copied with permission from middleschoolchemistry.com.

Cząsteczki wody w szklance nie są dla siebie obojętne. Przyciągają się wzajemnie (co poniżej oznaczają strzałki). Przykładowa cząsteczka porusza się wśród morza innych cząsteczek wody. Jak ta zaznaczona poniżej na zielono, jest otoczona z każdej strony. Oznacza to, że cząsteczka ta z każdej strony jest przyciągana tak samo.

woda2

Obrazek: ADDA (Łucja).

Ale trochę inna sytuacja jest na powierzchni wody. Cząsteczki, które są na samej powierzchni mają towarzystwo od spodu i z boków ale z jednej strony nikogo nie ma (jak te zaznaczone poniżej na czerwono). To oznacza, że na te wyjątkowe cząsteczki wody na powierzchni działają tylko siły na boki (czerwone strzałki) i do środka. Ponieważ te powierzchniowe cząsteczki nie mają kogo przyciągać od góry, to pozostałe sąsiadki mogą przyciągać mocniej.

woda4

Obrazek: ADDA (Łucja).

Okazuje się, że cząsteczki wody na powierzchni tak mocno się przyciągają, że potrafią utrzymać ciężar niewielkich przedmiotów, które normalnie by zatonęły. Metal normalnie tonie w wodzie, gdyż ma znacznie większą gęstość. (O gęstości możesz przeczytać w poprzednim poście.) Spinacz z przykładu wyżej jest zrobiony z metalu ale dzięki napięciu powierzchniowemu może pływać na powierzchni. Co się stanie jeśli spróbujesz położyć na wodzie inne, większe metalowe przedmioty? Widelce, duże śrubki, gwoździe – zatoną.

Oddziaływania pomiędzy cząsteczkami wody sprawiają też, że przyjmuje ona kształt kropli. Na ziemi na kształt kropli wpływają jeszcze inne oddziaływania, dlatego jest taka wydłużona. Zobacz jak wodą bawią się astronauci. Co dzieje się z wodą w stanie nieważkości (czyli kiedy nie ma grawitacji):

Czy coś może wpłynąć na napięcie powierzchniowe wody?

Przeprowadź eksperyment:

  1. Jak poprzednio połóż spinacz na wodzie.
  2. W szklance obok zamieszaj odrobinę płynu do mycia naczyń z wodą (żeby nie był taki gęsty).
  3. Zanurz koniuszek palca w płynie do mycia naczyń a następnie delikatnie dotknij powierzchni wody, po której pływa spinacz. Zrób to daleko od spinacza a nie tuż obok.

Dlaczego spinacz spadł na dno szklanki? Detergenty, czyli np. płyn do mycia naczyń, bardzo szybko rozprzestrzeniają się na powierzchni wody. I zaczynają oddziaływać z tymi cząsteczkami wody, które są odpowiedzialne za utrzymanie napięcia powierzchniowego. Przez to cząsteczki wody z powierzchni zaczynają słabiej przyciągać sąsiadujące cząsteczki wody. A skoro cząsteczki te słabiej się przyciągają to ich siła jest zbyt mała żeby utrzymać ciężar spinacza.

Zjawisko to możesz zaobserwować dokładniej:

  1. Do pustego talerza wlej wodę.
  2. Posyp wodę zmielonym pieprzem lub nasyp odrobinę barwnika spożywczego na środek talerza (jeśli masz sypki, jeśli masz płynny to nalej kropelkę).
  3. W szklance obok zamieszaj odrobinę płynu do mycia naczyń z wodą.
  4. Zanurz koniuszek palca w płynie do mycia naczyń a następnie delikatnie dotknij powierzchni wody na środku talerza.

tytulowy-600dpi

No Comments

Sorry, the comment form is closed at this time.