تعليم

ظاهرة التوتر السطحي

ظاهرة التوتر السطحي

ظاهرة التوتر السطحي هي واحدة من الظواهر الفيزيائية التي تتكرر أمامنا باستمرار، والتي يُمكن وصفها باعتبارها الصفة أو الخاصية التي تجعل سطح السائل يعمل بمثابة ورقة ملساء مشدودة، بما يسمح بوقوف حشرة صغيرة عليه، أو طفو إبرة رفيعة، أو حمل رقائق الألومنيوم أو القصدير.

 

تفسير ظاهرة التوتر السطحي

يحدث التوتر السطحي أو ما يُعرَف بالشد السطحي نتيجة التجاذب بين جزيئات السائل وبعضها، إذ تتعرض الجزيئات الموجودة داخل السائل لقوى جذب متساوية من جميع الجهات، نظرًا لإحاطتها بجزيئات أخرى من السائل، أما الجزيئات الموجودة على السطح، فإنها تتعرض لقوى التجاذب الجزيئي من ناحية واحدة، مما يدفعها إلى تغيير شكل سطح السائل ليشغل أقل مساحة ممكنة، وهذا ما يُفسر ظهور سطح الماء على شكل سطح مستوِ مشدود في الكوب أو الآنية، وظهور قطرات السائل الحرة في الهواء بشكل دائري؛ إذ يكون مساحة سطح الدائرة هي أصغر مساحة سطح يُمكن تكوينها في هذه الحالة. كما يُمكن ملاحظة بقاء قطرات بعض أنواع السوائل بشكل دائري على بعض الأسطح الصلبة، وتفسير ذلك أن قوة جذب جزيئات السائل لبعضها البعض أعلى من قوة جذب جزيئات السطح الصلب نفسه لجزيئات السائل.

كما يُمكن تفسير هذه الظاهرة باعتبار أن جزيئات السائل تميل بشكل عام إلى خفض طاقتها، وفي حين أن الجزيئات الموجودة في وسط السائل تكون ذات طاقة منخفضة بالفعل، أما الجزيئات الموجودة على السطح تكون طاقتها أعلى، فإن الأخيرة تعمل دائمًا على خفض طاقة السائل من خلال تقليص مساحة سطحه.

 

تعريف ظاهرة التوتر السطحي فيزيائيًّا

يعرف التوتر السطحي في الفيزياء بأنه القوة التي تؤثر عموديًّا على طول خط عمل وحدة القوى، عندما تكون هذه القوة موازية للسطح. أما في الديناميكا الحرارية، فيُعرَف باعتباره الشغل المبذول في وحدة المساحات. يُرمز للتوتر السطحي أو الشد السطحي فيزيائيًّا بالرمز Y  أو T أو σ أما وحدة قياسه فهي نيوتن لكل متر (N/m) أو داين لكل سنتيمتر (dyn/cm).

 

العوامل المؤثر على ظاهرة التوتر السطحي

يتأثر التوتر السطحي للسوائل بعاملين أساسيين، هما:

  • نوع السائل: إذ تتميز بعض أنواع السوائل بتوتر سطحي أعلى من غيرها، ومن ثم لا يُمكن لذبابة مثلًا أن تقف على سطح أي سائل بنفس الثبات.
  • درجة الحرارة: إذ تتناسب درجة حرارة السائل تناسبًا عكسيًّا مع التوتر السطحي له، فكلما زادت درجة الحرارة قل التوتر أو الشد السطحي، حتى ينعدم تمامًا عن درجة الغليان.

 

 
السابق
طرق تفتيح مناطق الجسم الداكنة
التالي
فوائد الخميرة

اترك تعليقاً