Pag-unawa sa Tensyon sa Ibabaw
Nangyayari ang surface tension dahil ang ibabaw ng isang likido ay may tendensiyang tumigas, na lumilikha ng manipis na anyo na parang lamad. Ito ay naiimpluwensyahan ng mga puwersang magkakaugnay sa pagitan ng mga molekula ng tubig. Upang mas maunawaan ang paliwanag na ito, isaalang-alang ang sumusunod na ilustrasyon. Isaalang-alang natin ang isang likido sa isang lalagyan.
Karaniwang nag-aakit ang mga molekula ng likido sa isa't isa. Sa loob ng isang likido, ang bawat molekula ng likido ay napapalibutan ng iba pang mga molekula sa bawat panig; ngunit sa ibabaw ng likido, mayroon lamang mga molekula ng likido sa mga gilid at ibaba. Walang iba pang mga molekula ng likido sa itaas. Dahil ang mga molekula ng likido ay nag-aakit sa isa't isa, mayroong netong puwersa na sero sa mga molekula sa loob ng likido. Sa kabaligtaran, ang mga molekula ng likido sa ibabaw ay naaakit ng mga molekula ng likido sa mga gilid at ibaba. Bilang resulta, mayroong netong puwersa sa ibabaw ng likido na nakadirekta pababa. Dahil sa netong puwersang ito pababa, ang likido sa ibabaw ay may posibilidad na bawasan ang lawak ng ibabaw nito, lumiliit hangga't maaari.
Dahil dito, ang patong ng likido sa ibabaw ay magmumukhang natatakpan ng manipis na elastic membrane.
Kapag ang clip ay maingat na inilagay sa ibabaw ng tubig, ang mga molekula ng tubig na matatagpuan sa ibabaw ay bahagyang nadidiin ng grabidad ng clip, kaya ang mga molekula ng tubig na matatagpuan sa ibaba ay naglalabas ng puwersang nagpapanumbalik pataas upang suportahan ang clip (alalahanin ang elastisidad at ang batas ni Hooke ).
Sa katotohanan, hindi lamang mga paper clip ang magagamit mo; maaari rin itong maging iba pang mga bagay, tulad ng mga karayom. Kung maingat mong ilalagay ang karayom sa ibabaw ng tubig, ito ay lulutang. Ito rin ang dahilan kung bakit maaaring lumutang ang mga insekto sa tubig.
Ekwasyon ng Tensyon sa Ibabaw
Para matulungan tayong makuha ang equation ng surface tension, isasaalang-alang natin ang isang alambre na nakabaluktot sa hugis ng letrang U. Isa pang tuwid na alambre ang nakakabit sa dalawang paa ng U wire, kung saan maaaring igalaw ang tuwid na alambre.
Kung ang alambreng ito ay ilalagay sa solusyon ng sabon, pagkatapos itong matanggal, isang patong ng tubig na may sabon ang mabubuo sa ibabaw ng alambre. Katulad ng kapag nilalaro mo ang mga bula ng sabon. Dahil maaaring igalaw ang tuwid na alambre at ang masa nito ay hindi masyadong malaki, ang patong ng tubig na may sabon ay magbibigay ng puwersa ng tensyon sa ibabaw sa tuwid na alambre upang ang tuwid na alambre ay gumalaw pataas (pansinin ang direksyon ng palaso). Upang maiwasan ang paggalaw ng tuwid na alambre (ang alambre ay nasa ekwilibriyo), kinakailangan ang isang kabuuang puwersa na nakadirekta pababa, kung saan ang magnitude ng kabuuang puwersa ay F = w + T. Sa ekwilibriyo, ang F = ang puwersang inilalapat ng patong ng tubig na may sabon sa tuwid na alambre.
Ipagpalagay na ang haba ng isang tuwid na alambre ay l. Dahil ang patong ng tubig na may sabon na dumadampi sa tuwid na alambre ay may dalawang ibabaw, ang puwersang nalilikha ng patong ng tubig na may sabon ay kumikilos sa haba na 2l. Ang tensyon sa ibabaw sa patong ng sabon ay ang ratio sa pagitan ng Puwersa (F) at ng haba ng ibabaw kung saan kumikilos ang puwersa (d). Para sa kasong ito, ang haba ng ibabaw ay 2l. Sa matematika, nakasulat ito:
Dahil ang surface tension ay ang ratio ng puwersa sa unit length, ang mga unit ay Newton kada metro (N/m) o dyne kada sentimetro (dyn/cm).
Ang mga sumusunod ay ilang halaga ng Surface Tension na nakuha batay sa mga eksperimento.
Batay sa datos sa itaas, lumalabas na ang temperatura ay nakakaapekto sa surface tension ng isang fluid. Sa pangkalahatan, habang tumataas ang temperatura, bumababa ang halaga nito. Ito ay dahil habang tumataas ang temperatura, mas mabilis na gumagalaw ang mga molekula ng likido, na binabawasan ang interaksyon sa pagitan ng mga molekula ng likido. Dahil dito, bumababa rin ang halaga ng surface tension.
Aplikasyon sa pang-araw-araw na buhay
Naisip mo na ba kung bakit tayo naglalaba ng mga damit gamit ang sabon? Ang problema, para maging tunay na malinis ang mga damit, ang tubig ay kailangang dumaan sa makikitid na puwang sa mga hibla. Nangangailangan ito ng pagpapalaki ng surface area ng tubig. Napakahirap itong makamit dahil sa surface tension. Gusto mo man o hindi, dapat munang ibaba ang surface tension ng tubig. Maaari nating bawasan ang surface tension sa pamamagitan ng paggamit ng mainit na tubig. Mas mataas ang temperatura ng tubig, mas mabuti, dahil mas mataas ang temperatura ng tubig, mas mababa ang surface tension (tingnan ang talahanayan). Ito ang unang alternatibo at bihirang gamitin, maliban sa mga mahilig maglaro ng mainit na tubig. Ang isa pang alternatibo ay ang paggamit ng sabon.
Sa temperaturang 20 o C, ang halaga ng Surface Tension ng tubig na may sabon ay 25,00 mN/m. Subukang ihambing ang tubig na may sabon at mainit na tubig, alin ang pinakamaliit? Sa 100 o C, ang halaga ng surface tension ng mainit na tubig = 58,90. Sa temperaturang 20 o C, ang halaga ng surface tension ng tubig na may sabon ay 25,00 mN/m. Mas kapaki-pakinabang ang paggamit ng sabon… hindi rin mainit ang tubig. Mayroon pang ibang mga salik na nakakaapekto sa kung gaano kahusay na nalilinis ang ating mga damit o katawan gamit ang sabon. Kaya ang ipinaliwanag sa itaas ay isa lamang sa mga salik na nakakaimpluwensya.
Bakit bilog ang mga bula ng sabon o tubig?
Ang mga bula ng sabon, o mga patak ng tubig, ay hugis bilog dahil sa tensyon sa ibabaw. Talakayin muna natin ang mga bula ng sabon. Ang mga bula ng sabon ay may dalawang manipis na lamad sa kanilang ibabaw, na may manipis na patong ng tubig sa pagitan ng mga ito.
Ang surface tension ay nagiging sanhi ng pag-urong ng lamad, na may posibilidad na mabawasan ang surface area nito. Kapag ang soapy water membrane ay lumiit at tinangka nitong bawasan ang surface area nito, nagkakaroon ng pagkakaiba sa air pressure sa pagitan ng labas ng lamad (atmospheric pressure) at loob ng lamad. Ang air pressure sa labas ng lamad (atmospheric pressure) ay nagtutulak din sa soapy water membrane habang lumiliit ito, dahil mas mababa ang air pressure sa loob ng lamad.
Pagkatapos lumiit ang lamad, ang hangin sa loob (ang hanging nakulong sa pagitan ng dalawang lamad) ay napipiga rin, na nagpapataas ng presyon ng hangin sa loob ng lamad hanggang sa tumigil ang pagliit. Sa madaling salita, kapag tumigil ang pagliit, ang presyon ng hangin sa pagitan ng mga lamad ay katumbas ng presyon ng atmospera + ang puwersa ng tensyon sa ibabaw na nagpapaliit sa mga lamad.
Kaya paano naman ang mga patak ng hamog o patak ng tubig na lumalabas sa gripo? Pareho lang naman sila, dahil ang pangunahing sanhi ay ang surface tension. Bagama't ang bula ng sabon ay may dalawang manipis na lamad sa dalawang ibabaw nito, ang isang patak ng tubig ay mayroon lamang isang manipis na lamad, sa labas ng patak. Ang loob ay puno ng tubig. Ang labas ng patak ay hinihila papasok. Bilang resulta, ang tubig ay lumiliit, na may posibilidad na mabawasan ang surface area nito. Ang panlabas na presyon ng atmospera ay nakakatulong din sa pag-compress ng patak ng tubig. Ang pag-urong ay humihinto kapag ang presyon sa loob ng tubig ay katumbas ng presyon ng atmospera kasama ang puwersang nag-uurong sa water membrane.
