Avete mai ghjucatu à e bolle di sapone ? Bolle di sapone tonde. Divertente. Si ponu sufflà. Dopu à vulà, e bolle di sapone scoppianu. Wow, hè divertente, un ghjocu di a zitiddina. Perchè e bolle di sapone sò tonde ?
Per piacè, svegliatevi a mane, dopu nutate e foglie intornu à a casa. Osservate e gocce di rugiada attaccate à e foglie. Hè stranu; e gocce di rugiada sò tonde. Cumu pò esse cusì ?
A tensione superficiale si verifica perchè a superficia di u liquidu tende à stringhjesi in modu chì a superficia pare una membrana fina. Questu hè influenzatu da a forza di cuesione trà e molecule d'acqua. Per capisce megliu sta spiegazione, cunsiderate l'illustrazione seguente. Esaminemu u liquidu in un cuntainer.
Dentru à u liquidu, ogni molecule liquida hè circundata da altre molecule da ogni latu; ma nantu à a superficia di u liquidu, ci sò solu molecule liquide sottu. In cima, ùn ci sò micca altre molecule liquide. Siccome e molecule liquide s'attraenu l'una à l'altra, ci hè una forza tutale di zero in a molecule chì si trova in l'internu di u liquidu. In cuntrastu, e molecule liquide situate nantu à a superficia sò tirate da e particelle di fluidu chì si trovanu in fondu. Di cunsiguenza, nantu à a superficia di u liquidu, ci hè una forza tutale chì hè diretta versu u bassu. Per via di a forza netta versu u bassu, u liquidu situatu nantu à a superficia tende à riduce a so superficia, restringendusi u più pussibule.
Questu face chì u stratu liquidu nantu à a superficia pare cum'è s'ellu fussi cupertu da una fina membrana elastica. Stu fenomenu hè cunnisciutu cum'è Tensione Superficiale.
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Quandu a clip hè piazzata cù cura nantu à a superficia di l'acqua, e molecule d'acqua situate nantu à a superficia sò ligeramente pressate da a gravità di a clip, in modu chì e molecule d'acqua situate sottu danu a forza di restaurazione per sustene a clip.
In realtà, ùn si tratta micca solu di pinze o graffette, ma ancu di altre cose cum'è aghi. Sè mettimu cù cura l'agulla sopra à a superficia di l'acqua, l'agulla galleggerà. A tensione superficiale di u liquidu hè ancu a ragione per a quale l'insetti ponu galleggià nantu à l'acqua.
L'equazione di a tensione superficiale
In a discussione precedente, avemu studiatu u cuncettu di tensione superficiale qualitativamente (ùn ci hè micca una equazione matematica). Avà rivedemu a tensione superficiale quantitativamente. Per aiutà ci à derivà l'equazione di tensione superficiale, guardemu un filu chì hè piegatu per furmà a lettera U. Un altru filu drittu hè attaccatu à e duie gambe di u filu U, induve u filu drittu pò esse spustatu.
Sè stu filu hè inseritu in u sapone, dopu avèllu cacciatu, si formerà un stratu d'acqua saponata nantu à a superficia di u filu. Hè cum'è quandu si ghjoca à e bolle di sapone. Siccomu u filu drittu pò esse spustatu è a massa ùn hè micca troppu grande, u stratu d'acqua saponata darà a forza di tensione superficiale nantu à u filu drittu in modu chì u filu vada drittu in sù. Per impedisce à u filu drittu di spustassi (u filu hè in equilibriu), hè necessaria una forza tutale versu u bassu, induve a quantità di a forza tutale hè F = w + T. In equilibriu, F = a forza di a tensione superficiale purtata da u stratu di sapone nantu à u filu drittu.
Supponemu chì a lunghezza di un filu drittu sia l. Siccomu u stratu d'acqua saponata chì tocca un filu drittu hà duie superfici, a forza di tensione superficiale generata da u stratu d'acqua saponata funziona longu 2l. A tensione superficiale in u stratu di sapone hè una paragone trà a Forza di Tensione Superficiale (F) è a lunghezza di a superficia à a quale a forza funziona (d). In questu casu, a lunghezza di a superficia hè 2l. Matematicamente, scrittu:
Siccome a tensione superficiale hè u rapportu trà a forza di tensione superficiale è a lunghezza, l'unità di tensione superficiale hè Newton per metru (N/m) o dyne per centimetru (dynes/cm).
Eccu alcuni valori di tensione superficiale ottenuti in basa à esperimenti.
Basatu annantu à i dati di a tensione superficiale, a temperatura affetta u valore di a tensione superficiale di u fluidu. In generale, quandu ci hè un aumentu di a temperatura, u valore di a tensione superficiale diminuisce (paragunate a tensione superficiale di l'acqua à ogni temperatura. Vede a tabella). Questu hè perchè quandu a temperatura aumenta, e molecule di u liquidu si movenu più velocemente, cusì l'effettu di l'interazione trà e molecule di u fluidu diminuisce. Di cunsiguenza, u valore di a tensione superficiale hè ancu diminuitu.
Applicazione di i cuncetti di tensione superficiale in a vita di tutti i ghjorni
Vi site mai dumandatu, perchè duvemu lavà i vestiti cù u sapone ? U prublema hè chì i vestiti chì lavemu sò veramente puliti; l'acqua deve passà per un spaziu assai strettu in e fibre di i vestiti. Per questa ragione, hè necessariu aumentà a superficia di l'acqua. Ebbè, questu hè assai difficiule da fà per via di a tensione superficiale. Inevitabilmente, u valore di a tensione superficiale deve esse prima abbassatu. Pudemu riduce a tensione superficiale aduprendu acqua calda. Più alta hè a temperatura di l'acqua, megliu hè perchè, più alta hè a temperatura di l'acqua, più chjuca hè a tensione superficiale (vede a tabella). Questa hè a prima alternativa è hè un metudu raramente adupratu. Un'altra opzione hè di aduprà u sapone.
À una temperatura di 20 ° C, u valore di tensione di a superficia di l'acqua saponata hè 25.00 mN/m. Pruvate à paragunà trà u sapone è l'acqua calda, quale hè u valore di tensione superficiale u più chjucu ? À 100 ° C, u valore di a tensione superficiale di l'acqua calda = 58.90. À una temperatura di 20 ° C, u valore di tensione superficiale di u sapone hè 25.00 mN/m. Hè più prufittuosu aduprà u sapone. Ciò chì hè spiegatu sopra hè solu unu di i fattori influenti ?
Perchè a bolla di sapone o d'acqua hè tonda?
E bolle di sapone o e gocce d'acqua sò tonde perchè sò affettate da a tensione superficiale. Prima, parlemu di e bolle di sapone. E bolle di sapone anu duie membrane sottili nantu à a superficia è trà elle ci sò strati sottili d'acqua.
A presenza di a tensione superficiale face chì a membrana si cuntrae è tende à riduce a so superficia. Quandu a membrana di l'acqua saponata si cuntrae è prova à minimizà a so superficia, ci hè una differenza in a pressione di l'aria à l'esternu di a membrana (pressione atmosferica) è a pressione di l'aria à l'internu di u stratu. A pressione di l'aria chì hè fora di u stratu (pressione atmosferica) spinge ancu a membrana di l'acqua saponata quandu si cuntrae perchè a pressione di l'aria à l'internu di a membrana hè più chjuca.
Dopu chì a membrana s'hè cuntratta, l'aria à l'internu (aria intrappulata trà e duie membrane) hè suppressa, aumentendu a pressione di l'aria à l'internu di u stratu finu à chì ùn ci sia più cuntrazione. In altre parolle, quandu ùn ci hè più cuntrazione, a quantità di pressione di l'aria trà e membrane hè a listessa chè a pressione atmosferica + a forza di a tensione superficiale chì arriccia u stratu.
È tandu, chì ne hè di e gocce di rugiada o di l'acqua chì esce da u rubinettu ? U listessu perchè a causa primaria hè a tensione superficiale. Sè e bolle di sapone anu duie membrane fine nantu à duie superfici, allora e gocce d'acqua anu solu un stratu fine, chì si trova à l'esternu di e gocce d'acqua. L'internu hè pienu d'acqua. A causa di a forza di cuesione, nasce a tensione superficiale. A parte esterna di a goccia d'acqua hè tirata in dentro. Di cunsiguenza, l'acqua si contrae è tende à riduce a so superficia. A pressione atmosferica chì hè fora sopprime ancu e gocce d'acqua. A cuntrazione si fermerà quandu a pressione à l'internu di l'acqua serà uguale à a pressione atmosferica + a forza di a tensione superficiale chì restringe a membrana d'acqua.
