مفهوم التوتر السطحي
التوتر السطحي (بالإنجليزية: Surface Tension) هي إحدى خصائص سطوح السوائل وتسمح هذه الخاصية للسوائل بمقاومة القوى الخارجية، وذلك بسبب قوى التماسك والتلاصق لجزيئات المواد السائلة فيما بينها، والتي تسمح للماء بالتصرف كغشاء مرن ممتد. لكل مادة توتر سطحي خاص بها، وتختلف فيما بينها، إذ تمتلك السوائل العضوية مثل البنزين والكحول توترًا سطحيًا قليلًا، في حين أن الزئبق يمتلك توتر سطحي أعلى، كما تؤدي الزيادة في درجات الحرارة إلى تقليل قوة الجذب بين جزيئات السائل وبالتالي تقلل من التوتر السطحي له.
تطبيقات على ظاهرة التوتر السطحي
يوجد العديد من الأمثلة والظواهر والتطبيقات على خاصية التوتر السطحي للماء، ومن أهم هذه التطبيقات ما يأتي:
الغسيل بالماء الساخن
يعود السبب الرئيسي لاستخدام الماء الساخن في الغسيل إلى التوتر السطحي في الماء الساخن يكون قليلًا للغاية، وهذا ما يجعله مفضلًا للغسيل عن الماء البارد، ويجدر بالذكر أنّه إذا استخدم نوع من المنظفات التي تُقلل التوتر السطحي للماء، فلا داعي لتسخين الماء في تلك الحالة، ويُمكن استخدام الماء البارد عوضًا عنه.
صناعة الخيام
تُصنع الخيام من مواد مقاومة للماء والمطر بشكل خاص، حتى يتمكن الناس من العيش أو التخييم فيها بدون مشاكل خلال فصل الشتاء، ولكن إذا لمست الخيمة فقد تتوقف عن كونها مقاومة للمطر ويرجع ذلك إلى أن التوتر السطحي للماء يسد المسام في المواد المنسوجة بدقة، ولمسك لهذا النسيج يكسر التوتر السطحي، لذا سيتساقط المطر ويتسرب الماء من خلالها.
الصابون والمنظفات
يساعد الصابون والمنظفات بأشكالها على التنظيف كتنظيف الملابس على سبيل المثال، عن طريق عملها على تقليل التوتر السطحي للماء الذي يقوم بالسماح له بتخلل الأقمشة وتنظيفها من الأوساخ بشكل فعال.
تحدب وتقعر اسوائل في أنبوب
عندما يتم حصر الماء السائل في أنبوب يكون سطحه مقعرًا لأن الماء يبلل السطح ويزحف إلى الجانب، أما في حالة الزئبق، عندما يتم حصره في أنبوب يتخذ شكلاً محدبًا، لأن قوى التماسك تقوم بسحبه للأعلى.
الفقاعات المستديرة
يوفر التوتر السطحي للماء الكمية الضرورية من توتر الجدار، والكافية لتشكيل الفقاعات بشكل مستدير، حيثُ يميل الماء إلى تقليل توتر الجدار، وهذا الميل يُشكّل الفقاعات على أشكال كروية ومستديرة.
تطبيقات أخرى
هناك العديد من التطبيقات الأخرى على خاصية التوتر السطحي، ومن أبرزها ما يأتي:
يمكن للحشرات الصغيرة ذات الوزن القليل المشي على الماء لأن وزنها الخفيف لا يكفي لاختراق السطح.
يمكن الاستفادة من خاصية التوتر السطحي بوضع إبرة صغيرة بعناية على سطح الماء لتطفو، فعلى الرغم من امتلاكها لكثافة مثل الماء، إلّا أنّها تغرق تم تحريكها بسرعة.
- تواجد الماء على شكل قطرات
تميل قطرات الماء إلى الشكل الكروي بوساطة قوى التماسك للطبقة السطحية، إذ أن التوتر السطحي مسؤول عن شكل القطرات الكروية رغم سهولة تشوهها أحيانًا.
- الفحص الطبي للبول في حالات اليرقان
ينخفض التوتر السطحي لبول الشخص المصاب باليرقان عن التوتر السطحي للبول الطبيعي بحوالي 55 داين/ سم.
غالبًا ما تكون المطهرات ذات توتر سطحي قليل جدًا يسمح لها بعبور جدران الخلايا البكتيرية وقتلها والقضاء عليها.
هي صعود السائل داخل أنبوب صغير القطر، إذ يتسلل الماء داخل الأنبوب الدقيق بفعل قوى التلاصق بين السائل والجدران الداخلية للأنبوب.
