Xogaches algunha vez ás burbullas de xabón? Burbullas de xabón redondas. Divertidas. Pódense soprar. Despois de voar, as burbullas de xabón estoupan. Vau, é divertido, un xogo da infancia. Por que son redondas as burbullas de xabón?
Por favor, esperta pola mañá e observa as follas que hai arredor da casa. Observa as pingas de orballo pegadas ás follas. É estraño; as pingas de orballo son redondas. Como pode ser así?
A tensión superficial prodúcese porque a superficie do líquido tende a apertarse, de xeito que parece unha membrana fina. Isto está influenciado pola forza de cohesión entre as moléculas de auga. Para comprender mellor esta explicación, considere a seguinte ilustración. Revisamos o líquido nun recipiente.
Dentro do líquido, cada molécula de líquido está rodeada por outras moléculas a cada lado; pero na superficie do líquido, só hai moléculas de líquido debaixo. Na parte superior, non hai outras moléculas de líquido. Debido a que as moléculas de líquido se atraen entre si, hai unha forza total de cero na molécula que está no interior do líquido. Pola contra, as moléculas de líquido situadas na superficie son atraídas polas partículas de fluído que están na parte inferior. Como resultado, na superficie do líquido, hai unha forza total que se dirixe cara abaixo. Debido á forza neta cara abaixo, o líquido situado na superficie tende a reducir a súa superficie, contraéndose o máximo posible.
Isto fai que a capa líquida da superficie pareza estar cuberta por unha fina membrana elástica. Este fenómeno coñécese como tensión superficial.
[irp]
Cando o clip se coloca coidadosamente sobre a superficie da auga, as moléculas de auga situadas na superficie son lixeiramente presionadas pola gravidade do clip, de xeito que as moléculas de auga situadas debaixo ceden a forza de restauración para soportar o clip.
En realidade, non se trata só de clips ou clips para papel, senón tamén doutras cousas como agullas. Se colocamos con coidado a agulla por riba da superficie da auga, esta flotará. A tensión superficial do líquido tamén é a razón pola que os insectos poden flotar na auga.
A ecuación da tensión superficial
Na discusión anterior, estudamos o concepto de tensión superficial cualitativamente (non existe unha ecuación matemática). Agora revisamos a tensión superficial cuantitativamente. Para axudarnos a derivar a ecuación da tensión superficial, observamos un arame que está dobrado para formar a letra U. Outro arame recto está unido ás dúas patas do arame en U, onde se pode mover o arame recto.
Se este fío se introduce no xabón, despois de retiralo, formarase unha capa de auga xabonosa na superficie do fío. É coma cando se xoga con burbullas de xabón. Dado que o fío recto pódese mover e a masa non é demasiado grande, a capa de auga xabonosa dará forza de tensión superficial ao fío recto, de xeito que este suba directamente. Para evitar que o fío recto se mova (o fío está en equilibrio), necesítase unha forza total cara abaixo, onde a cantidade da forza total é F = w + T. En equilibrio, F = a forza da tensión superficial que soporta a capa de xabón sobre o fío recto.
Supoñamos que a lonxitude dun arame recto é l. Dado que a capa de auga xabonosa que toca un arame recto ten dúas superficies, a forza de tensión superficial xerada pola capa de auga xabonosa traballa ao longo de 2l. A tensión superficial na capa de xabón é unha comparación entre a Forza de Tensión Superficial (F) e a lonxitude da superficie á que traballa a forza (d). Neste caso, a lonxitude da superficie é 2l. Matematicamente, escrito:
Dado que a tensión superficial é a relación entre a forza de tensión superficial e a lonxitude, a unidade de tensión superficial é o newton por metro (N/m) ou a dina por centímetro (dinas/cm).
A continuación móstranse algúns valores de tensión superficial obtidos en base a experimentos.
Segundo os datos da tensión superficial, a temperatura afecta o valor da tensión superficial do fluído. Xeralmente, cando hai un aumento da temperatura, o valor da tensión superficial diminúe (compare a tensión superficial da auga a cada temperatura. Vexa a táboa). Isto débese a que cando a temperatura aumenta, as moléculas do líquido móvense máis rápido, polo que o efecto da interacción entre as moléculas do fluído diminúe. Como resultado, o valor da tensión superficial tamén diminúe.
Aplicación dos conceptos de tensión superficial na vida cotiá
Algunha vez te preguntaches por que debemos lavar a roupa con xabón? O problema é que a roupa que lavamos está moi limpa; a auga debe pasar a través dun oco moi estreito nas fibras da roupa. Por esta razón, é necesario aumentar a superficie da auga. Ben, isto é moi difícil de facer debido á tensión superficial. Inevitablemente, primeiro hai que baixar o valor da tensión superficial. Podemos reducir a tensión superficial usando auga quente. Canto maior sexa a temperatura da auga, mellor porque, canto maior sexa a temperatura da auga, menor será a tensión superficial (ver táboa). Esta é a primeira alternativa e é un método que se usa pouco. Outra opción é usar xabón.
A unha temperatura de 20 ° C, o valor da tensión superficial da auga con xabón é de 25.00 mN/m. Tenta comparar entre o xabón e a auga quente. Cal é o valor de tensión superficial máis pequeno? A 100 ° C, o valor da tensión superficial da auga quente = 58.90. A unha temperatura de 20 ° C, o valor da tensión superficial do xabón é de 25.00 mN/m. É máis rendible usar xabón. O que se explicou anteriormente é só un dos factores que inflúen?
Por que é redonda a burbulla de xabón ou de auga?
As burbullas de xabón ou as pingas de auga son redondas porque se ven afectadas pola tensión superficial. Primeiro, falamos das burbullas de xabón. As burbullas de xabón teñen dúas membranas finas na superficie e entre elas hai capas finas de auga.
A presenza de tensión superficial fai que a membrana se contraia e tende a reducir a súa superficie. Cando a membrana de auga xabonosa se contrae e tenta minimizar a súa superficie, hai unha diferenza na presión do aire no exterior da membrana (presión atmosférica) e a presión do aire no interior da capa. A presión do aire que está fóra da capa (presión atmosférica) tamén empurra a membrana da auga xabonosa cando se contrae porque a presión do aire no interior da membrana é menor.
Despois de que a membrana se contraia, o aire do interior (o aire atrapado entre as dúas membranas) suprímese, o que aumenta a presión do aire dentro da capa ata que xa non hai contracción. Noutras palabras, cando xa non hai contracción, a cantidade de presión de aire entre as membranas é a mesma que a presión atmosférica + a forza da tensión superficial que engurra a capa.
Entón, que pasa coas pingas de orballo ou as pingas de auga que saen da billa? O mesmo porque a causa principal é a tensión superficial. Se as burbullas de xabón teñen dúas membranas finas en dúas superficies, entón as pingas de auga só teñen unha capa fina, que está na parte exterior das pingas de auga. O interior está cheo de auga. Debido á forza de cohesión, xorde a tensión superficial. A parte exterior da pinga de auga é atraída cara a dentro. Como resultado, a auga contráese e tende a reducir a súa superficie. A presión atmosférica que hai no exterior tamén suprime as pingas de auga. A contracción deterase cando a presión no interior da auga sexa igual á presión atmosférica + a forza da tensión superficial que contrae a membrana da auga.
