هناك العديد من الظواهر الفيزيائية التي تحدث في الطبيعة، والتي عمل العلماء على تفسيرها منذ القدم، ومن بين هذه الظواهر ظاهرة التوتر السطحي، والتي سنتعرف عليها في هذا الموضوع.
كما سنتعرف على العوامل التي تؤثر على التوتر السطحي وطرق قياسه وسنقدم بعض التطبيقات لهذه الظاهرة الفيزيائية.
التوتر في الوجه
التوتر السطحي هو إحدى الظواهر الفيزيائية التي تحدث نتيجة قوة التماسك بين جزيئات المكونات السائلة، مما يعطي هذه الخاصية للغشاء المتماسك.
هذا السائل الذي تتعرض جزيئاته بداخله لتوتر شديد من جميع الجهات، حتى تلغي بعضها البعض، ولكن الجزيئات الموجودة على سطح السائل تتأثر بالقوى الموجودة على جانبيها وفي جزئها السفلي، والتي ينتج عنه توتر سطحي للجزء السفلي حتى يظهر كغشاء.
على وجه التحديد، تتأثر الجزيئات الموجودة في خليط المواد السائلة بقوة التماسك أو القوة الجذابة المرتبطة بالجزيء، لأن الجزيئات توحد اتحادها مع المادة.
قيم هذه القوى أقل من قيم الأجسام الصلبة، وبالتالي فإن شكل السائل يتطلب شكل الكوب الذي يوضع فيه، ويسهل عليه القيام بذلك، والسائل والسائل. يمكن أن تتأثر الجزيئات بالالتصاق.
الشروط التي يجب توافرها لحدوث التوتر السطحي
العوامل التي تؤثر على توتر الوجه هي:
-
جودة السائل
تختلف نتائج ظاهرة التوتر السطحي باختلاف نوعية السوائل، فمثلاً التوتر السطحي للسوائل الزئبقية أكبر مما هو موجود في السوائل المائية، لذلك تظهر قطرات الزئبق أسوأ من الماء، لكن القطرات الكحولية تظهر بقليل. ماء.
-
درجات الحرارة
العلاقة بين التوتر السطحي ودرجة الحرارة متناسبة عكسيًا، تؤدي الزيادة الكبيرة في درجة الحرارة إلى انخفاض التوتر السطحي للسائل.
انظر أيضًا: ما هي الفيزياء وماذا تدرس؟
قيم التوتر السطحي
تختلف قيم التوتر السطحي بين السوائل عند درجة حرارة معينة، على سبيل المثال، تصل هذه الذروة للمياه (20 درجة مئوية 72.86 ± 0.05)، ولكن قيمة التوتر السطحي للبنزين هي (28.88 درجة مئوية 20)، في حين أن القيمة للسطح التوتر للزئبق (C 486.5 ° 20).
تطبيقات على ظواهر التوتر السطحي
هناك العديد من التطبيقات التي تمثل ظاهرة التوتر السطحي، ومن أشهر هذه التطبيقات ما يلي:
- يمكن للحشرة السفر على سطح الماء.
- قطرات الماء لها أشكال كروية وكروية، ويمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن السوائل يمكن أن تحافظ على مستوى طاقة منخفض تمامًا عن طريق تقليلها إلى مساحة السطح.
- تمتلك الكرة أصغر مساحة مقارنة بالأشكال الهندسية الأخرى، لذلك يمكن للسائل أن يحافظ على مستوى طاقته المنخفض.
- من الممكن ملاحظة أن السطح المصنوع من الشمع أو ما يعرف بالنايلون لا يتبلل عند سكب الماء عليه، وذلك بسبب وجود اختلافات كثيرة بين قوى جذب الجزيئات السائلة وقوى الوحدة بين تلك التي تصب في الماء والسطح.
- لذلك ينتشر الماء على السطح لأن قيمة قوة الجذب تتعرض للزيادة وتكون في منتصف الماء أكثر منها على السطح.
طرق قياس التوتر السطحي
من المعروف أن ظاهرة التوتر السطحي ظاهرة مرتبطة بالفيزياء، وبالتالي فإن قياسها سيعتمد على إحدى طرق قياس السوائل، والظواهر المرتبطة بها.
تعتمد ما يسمى بالأنابيب الشعرية، والمعروفة باللغة الإنجليزية باسم الأنابيب الشعرية، على القانون التالي: (t = 1/2 dgr (h +1/3 r)).
يشير H إلى ارتفاع السائل في قلب الأنابيب الشعرية، و R لنصف قطره، و t للتوتر السطحي للسائل المطبق، و D لكثافة السائل، و G لتسريع الجاذبية.
طريقة زيادة سطح السائل
من أجل زيادة سطح السائل يجب بذل جهد على هذا السطح حتى تنتقل بعض الجزيئات الموجودة بداخله من الداخل إلى السطح، وهذا الجهد الذي يحدث يؤثر على قوى الجذب المسؤولة. لسحب جزيئاته على سطح السائل إلى الداخل ؛ المعروفة باسم قوى التوتر السطحي.
يمكننا أن نستنتج أن الأجزاء العلوية من الجزيئات الموجودة على سطح السائل لها طاقة كامنة، وكذلك الأجزاء الموجودة أسفل السائل، أي أن طاقة جزيئات سطح السائل كبيرة مقارنةً بطاقة الجزيئات الموجودة داخل السائل، وتعرف هذه الطاقة باسم طاقة السطح.
انظر أيضًا: القوانين الأساسية للفيزياء
العلاقة بين التوتر السطحي ودرجة الحرارة
يتأثر التوتر السطحي باختلاف درجات الحرارة، فيقل التوتر السطحي مع ارتفاع درجة الحرارة، ويحدث هذا نتيجة إضعاف قوة الجذب المتبادلة بين جزيئات السائل بتأثير درجة الحرارة.
يظهر التوتر في حياتنا اليومية
يمكنك فهم مصطلح التوتر السطحي من خلال معرفة مواقفه وأمثلة في حياتنا اليومية.
- تساعد ظاهرة التوتر السطحي على فهم تكوين قطرات الماء السائلة الكروية.
- يتسبب التوتر السطحي في فصل الماء عن أسطح النايلون أو الشمع.
- يستخدم التوتر السطحي لصنع المظلات ومعاطف المطر والثلج.
- تفسر ظاهرة التوتر السطحي العديد من الظواهر، لا سيما ظاهرة تكون الفقاعات المتكونة من الماء والصابون.
- تساعد ظاهرة التوتر السطحي على تنظيف الملابس بالبقع وإزالتها ومسحها جيداً، لأن الصابون يعمل على تقليل هذه الظاهرة من الماء.
- تسمح قوة التماسك للجسيمات للسوائل بتكوين أسطح محدبة أو مقعرة اعتمادًا على الحاوية التي تحتوي عليها.
راجع أيضًا: قوانين الفيزياء مع الرموز
التوتر السطحي ومثلث برمودا
يوجد جليد هيدرات الميثان من الأجسام المتجمدة في قاع البحر بكميات كبيرة، وقد تشكل بسبب تحلل ما يسمى بالمواد العضوية على مدى آلاف السنين الماضية، وبسبب تغير المناخ في العصر الحديث الناجم عن ذلك- يسمى الاحتباس الحراري.
الأمر الذي أدى إلى ارتفاع درجة الحرارة في قاع هذه المحيطات والبحار، مما أدى إلى إذابة الجليد مع إطلاق غاز الميثان على شكل فقاعات تندفع إلى سطح الماء.
كما أنه يرتفع في الغلاف الجوي لعدة كيلومترات، كما يحدث عندما نفتح المشروبات الغازية في درجات حرارة عالية، مما يدل على أن الهواء لا يستطيع أن يحمل وسائل نقل جوي مختلفة فوق هذه المنطقة.
وجود فقاعات كثيفة من غاز الميثان يقلل من التوتر السطحي لمياه مثلث برمودا، حيث تصبح المياه رغوية، مما يجعلها مقاومة للسفن والقوارب، وتغرق بسرعة دون سابق إنذار.
تظهر العديد من الأبحاث التي أعدتها المراكز الجيولوجية الأمريكية أن هناك العديد من الأماكن التي يتم فيها تخزين غاز هيدرات الميثان تحت مياه المحيطات حول العالم.
أظهرت مجموعة من الخبراء في جامعة القطب الشمالي في النرويج، وجود العديد من الحفر تحت سطح البحر نتيجة أحداث انفجارات عديدة لفقاعات هذا الغاز، والتي تم تخزينها وتراكمها على مدى مئات السنين الماضية. في البحر
وأوضحوا أن قطر هذه الحفرة التي تم اكتشافها يصل إلى خمسمائة متر، في حين أن عمق الحفرة يقارب خمسة وأربعين مترا، وذكروا أن انبعاث غاز الميثان من هذه الحفرة يمكن أن يؤدي إلى تغيرات في درجات الحرارة. الماء بعد خلط الغاز.
في نهاية الموضوع وبعد معرفة ظاهرة التوتر السطحي العوامل التي تؤثر عليها حتى حدوثها أو شروط نشوء التوتر السطحي وقيمه وتطبيقاته المختلفة.
واستخدامه في الحياة اليومية، وطرق قياسه، والعلاقة بين التوتر السطحي في مثلث برمودا وما يحدث له، تحتاج إلى مشاركة هذا الموضوع على جميع وسائل التواصل الاجتماعي.