ظاهرة التوتر السطحي

ظاهرة التوتر سطحي

نشاهد في حياتنا اليوميّة العديد من الظواهر الغريبة ونتساءل كيف تحدث، على سبيل المثال، تستطيع الحشرات السير فوق سطح الماء، وتطفو الكتل خفيفة الوزن على سطح السوائل المختلفة، وكذلك الأمر تستطيع المياه الصعود في أنبوب ذي قطر ضيق وكأنها طبقة واحدة بما يُعرف بالخاصيّة الشعرية، وقد تم تفسير هذه الملاحظات بظاهرة التوتر السطحي، وهي علاقة تربط بين جزيئات الماء الصغيرة بحيث تظهر كأنها طبقة واحدة، وسنتعرّف في هذا المقال على هذه الظاهرة وسببها، وبعض الأمثلة عليها.^[١]

تفسير ظاهرة التوتر السطحي

تحدث تغيّرات في القوى الداخلية للجزيئات، ممّا يؤدي إلى تغير الإشارة الخارجية لكل جزيء، فتنشأ قوى تجاذب بين الجزيئات في السائل نفسه، بحيث يرتبط الجزيء الواحد بعدّة جزيئات من جميع الاتجاهات، وتكون جميع القوى متساوية، بحيث إنّ محصّلة القوى في المحور السيني السالب تساوي محصّلة القوى في المحور السيني الموجب، ومحصّلة القوى في المحور الصادي السالب تساوي محصّلة القوى في المحور الصادي الموجب، وبذلك تكون محصّلة جميع القوى تساوي صفر، وفي نفس الوقت يتعرّض الجزيء الموجود على السطح لقوى جذب من الطبقات الداخلية، ولكن بما أنّ الجزيء مرتبط مع الجزيئات المجاورة له تكون طاقته أعلى من طاقة الجزيء في الطبقة الداخلية فيبقى في السطح، ولا يستمرّ هذا الوضع؛ لأنّ الجزيئات الموجودة على السطح تكون في حالة طاقة عالية، فيعمل السائل على تقليل الطاقة بواسطة تقليل عدد الجزيئات الموجودة على السطح.^[١][٢]

أمثلة وتطبيقات على ظاهرة التوتر السطحي

كما ذكرنا في البداية، ساعدت ظاهرة التوتر السطحي على تفسير ظواهر طبيعيّة كثيرة في حياتنا، مثل:^[٣]

• تتجمّع قطرة الماء على شكل كرويّ أو شبة كروي، والسبب في ذلك أنّ السائل يحافظ دائماً على أقلّ مستوى طاقة ممكن بواسطة تقليل مساحة السطح الخارجيّة، ولذلك تأخذ قطرة الماء شكلاً هندسياً له مساحة سطح قليلة، والكرة هي صاحبة أقلّ مساحة سطح مقارنة مع أسكال هندسية أخرى.
• عند سكب الماء على سطح من الشمع أو النايلون لا يتبلّل السطح، وذلك يعود للفرق بين قوى التجاذب في جزيء السائل وقوى الالتصاق بين السائل والسطح، فالماء ينتشر على السطح الشمعيّ؛ لأنّ قوى التجاذب بين الماء أعلى من قوى التصاق الماء بالسطح، ويؤدّي إلى تجمّع جزيئات الماء على السطح على شكل كرات وسقوطها بسهولة، وقد دلّنا ذلك على صناعة المعاطف والمظلات من المواد الشمعية أو النايلون لأنّها تقينا من المطر.

المراجع

1. ^ ^{أ ب} “Properties of Water”, www.web.pdx.edu, Retrieved 27-9-2018. Edited, page 1 ,
2. ↑ “Surface tension”, britannica.com, Retrieved 2018-9-27. Edited.
3. ↑ “(Physical Properties of Water”, physicalgeography.net, Retrieved 2018-9-27. Edited.