Capisce a Tensione Superficiale
A tensione superficiale si verifica perchè a superficia di un liquidu tende à irrigidisce si, creendu un aspettu di membrana fina. Questu hè influenzatu da e forze di cuesione trà e molecule d'acqua. Per capisce megliu sta spiegazione, cunsiderate a seguente illustrazione. Cunsideremu un liquidu in un cuntainer.
E molecule liquide s'attraenu tipicamente. Dentru à un liquidu, ogni molecule liquida hè circundata da altre molecule da ogni latu; ma à a superficia di u liquidu, ci sò solu molecule liquide à i lati è sottu. Ùn ci sò micca altre molecule liquide sopra. Siccome e molecule liquide s'attraenu, ci hè una forza netta di zero nantu à e molecule à l'internu di u liquidu. À u cuntrariu, e molecule liquide à a superficia sò attratte da e molecule liquide à i lati è sottu. Di cunsiguenza, ci hè una forza netta à a superficia di u liquidu chì hè diretta versu u bassu. Per via di sta forza netta versu u bassu, u liquidu à a superficia tende à riduce a so superficia, riducendu si u più pussibule.
Questu face chì u stratu di liquidu nantu à a superficia pare cum'è s'ellu fussi cupertu da una fina membrana elastica.
Quandu a pinza hè piazzata cù cura nantu à a superficia di l'acqua, e molecule d'acqua situate nantu à a superficia sò un pocu pressate da gravità a clip, affinchì e molecule d'acqua situate sottu furniscenu una forza di restaurazione versu l'altu per sustene a clip (ricurdatevi torna elasticità è lege di Hooke).
In realtà, i fermagli di carta ùn sò micca l'unica cosa chì pudete aduprà; ponu ancu esse altri oggetti cum'è aghi. Sè vo mettite cù cura un agulla nantu à a superficia di l'acqua, galleggerà. Hè ancu per quessa chì l'insetti ponu galleggià nantu à l'acqua.
Equazione di a Tensione Superficiale
Per aiutà ci à derivà l'equazione di a tensione superficiale, cunsideremu un filu chì hè piegatu in a forma di 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 messu in una suluzione di sapone, dopu ch'ellu sia statu cacciatu, si formerà un stratu d'acqua saponata nantu à a superficia di u filu. Simile à quandu si ghjoca à e bolle di sapone. Siccomu u filu drittu pò esse spustatu è a so massa ùn hè micca troppu grande, u stratu d'acqua saponata furnisce una forza di tensione superficiale nantu à u filu drittu in modu chì u filu drittu si move versu l'altu (nutate a direzzione di a freccia). Per impedisce à u filu drittu di spustassi (u filu hè in equilibriu), hè necessaria una forza tutale diretta versu u bassu, induve a magnitudine di a forza tutale hè F = w + T. In equilibriu, F = a forza esercitata da u stratu d'acqua saponata nantu à u filu drittu.
Supponemu chì a lunghezza di un filu drittu sia l. Siccomu u stratu d'acqua saponata chì tocca u filu drittu hà duie superfici, a forza generata da u stratu d'acqua saponata agisce longu una lunghezza di 2l. A tensione superficiale nantu à u stratu di sapone hè u rapportu trà a Forza (F) è a lunghezza di a superficia nantu à a quale agisce a forza (d). Per questu casu, a lunghezza di a superficia hè 2l. Matematicamente, si scrive:
Siccome a tensione superficiale hè u rapportu trà a forza è l'unità di lunghezza, l'unità sò Newton per metru (N/m) o dyne per centimetru (dyn/cm).
I seguenti sò alcuni valori di tensione superficiale ottenuti in basa à esperimenti.
Basatu annantu à i dati sopra, pare chì a temperatura affetta a tensione superficiale di un fluidu. In generale, quandu a temperatura aumenta, u valore diminuisce. Questu hè perchè quandu a temperatura aumenta, e molecule di u liquidu si movenu più velocemente, riducendu l'interazione trà e molecule di u liquidu. Di cunsiguenza, ancu u valore di a tensione superficiale diminuisce.
Applicazione in a vita quotidiana
Vi site mai dumandatu perchè lavemu i vestiti cù u sapone ? U prublema hè chì, per ottene vestiti veramente puliti, l'acqua deve passà per lacune assai strette in e fibre. Questu richiede un aumentu di a superficia di l'acqua. Questu hè assai difficiule da ottene per via di a tensione superficiale. Ch'ella ci piaccia o micca, a tensione superficiale di l'acqua deve esse prima abbassata. Pudemu abbassà a tensione superficiale aduprendu acqua calda. Più alta hè a temperatura di l'acqua, megliu hè, postu chì più alta hè a temperatura di l'acqua, più bassa hè a tensione superficiale (vede a tavula). Questa hè a prima alternativa è hè raramente aduprata, eccettu per quelli chì amanu ghjucà cù l'acqua calda. Un'altra alternativa hè l'usu di u sapone.
À una temperatura di 20 oC, u valore di a tensione superficiale di l'acqua saponata hè 25,00 mN/m. Pruvate à paragunà l'acqua saponata è l'acqua calda, quale hà u valore u più chjucu ? À 100 oC, u valore di a tensione superficiale di l'acqua calda = 58,90. À una temperatura di 20 oC, a tensione superficiale di l'acqua saponata hè 25,00 mN/m. L'usu di u sapone hè più vantaghjosu... l'acqua ùn hè mancu calda. Ci sò altri fattori chì influenzanu a manera in cui i nostri vestiti o corpi ponu esse puliti cù u sapone. Dunque, ciò chì hè statu dettu sopra hè solu un fattore.
Perchè e bolle di sapone o d'acqua sò tonde?
E bolle di sapone, o gocce d'acqua, sò di forma sferica per via di a tensione superficiale. Prima parlemu di e bolle di sapone. E bolle di sapone anu duie membrane sottili nantu à a so superficia, cù un stratu sottile d'acqua trà di elle.
A tensione superficiale face chì a membrana si cuntratti, tendendu à riduce a so superficia. Quandu a membrana d'acqua saponata si cuntrae è prova à riduce a so superficia, una differenza di pressione di l'aria nasce trà l'esternu di a membrana (pressione atmosferica) è l'internu di a membrana. A pressione di l'aria fora di a membrana (pressione atmosferica) spinge ancu a membrana d'acqua saponata mentre si cuntrae, perchè a pressione di l'aria in l'internu di a membrana hè più bassa.
Dopu chì a membrana si cuntrae, l'aria in l'internu (l'aria intrappulata trà e duie membrane) hè ancu cumpressa, aumentendu a pressione di l'aria in l'internu di a membrana finu à chì a cuntrazione si ferma. In altre parolle, quandu a cuntrazione si ferma, a pressione di l'aria trà e membrane hè uguale à a pressione atmosferica + a forza di tensione superficiale chì cuntrae e membrane.
Dunque, chì ne dici di e gocce di rugiada o di e gocce d'acqua chì escenu da un rubinettu ? Sò essenzialmente listesse, postu chì a causa primaria hè a tensione superficiale. Mentre una bolla di sapone hà duie membrane sottili nantu à e so duie superfici, una goccia d'acqua hà solu una membrana sottile, à l'esternu di a goccia. L'internu hè pienu d'acqua. L'esternu di a goccia hè tiratu versu l'internu. Di cunsiguenza, l'acqua si contrae, tendendu à riduce a so superficia. A pressione atmosferica esterna aiuta ancu à cumpressà a goccia d'acqua. A cuntrazione si ferma quandu a pressione à l'internu di l'acqua hè uguale à a pressione atmosferica più a forza chì contrae a membrana d'acqua.
