ظاهرة التوتر السطحي
ظاهرة التوتر السطحي من الظواهر الفيزيائية التي يسهل مشاهدتها في الطبيعة، والتي تتمثل في قدرة الحشرات على الوقوف والسير على سطح الماء، وتجمع نقاط الندى على أوراق الشجر، وتعلق قطرة الماء في الصنبور لبعض الوقت وعدم سقوطها فوراً، وطفو الإبرة أو القش على سطح السائل دون غرقه، وتمكن علماء الفيزياء من تفسير هذه الظواهر من خلال ماهية التوتر السطحي، كما ساعدهم ذلك على توضيح عدد من الظواهر والعمليات الفيزيائية؛ مثل: الخاصية الشعرية، ولزوجة السوائل.
قبل تفسير ظاهرة التوتر السطحي من المهم توضيح نوعين من القوى، وهما: قوى التماسك التي تتمثل في قوة الجذب الحاصلة بين جزيئات السوائل، وقوة التلاصق التي تتمثل في قوة الجذب الحاصلة بين جزيئات السوائل وسطح الإناء الموجودة داخله.
تفسير ظاهرة التوتر السطحي
يمكن تفسير ظاهرة التوتر السطحي بناءً على قواعد النظرية الجزئية، حيث يحدث التوتر السطحي للسوائل نتيجةً للتجاذب الحاصل بين جزيئاته بواسطة التغيرات الحاصلة في قوى الجزيئات الداخلية، ففي غالبية السوائل تتأثر الجزيئات الموجودة داخل السائل بقوة جذب متساوية من كافة الجهات، والتي تنتج من جزيئات السائل المجاورة لها، وبذلك تكون محصلة القوى المؤثرة على كل جزيء داخل السائل تساوي صفراً.
أما الجزيئات الموجودة عند سطح السائل فتتأثر بقوة سحب من الجزيئات الموجودة داخل السائل، وعليه تكون محصلة القوى المؤثرة على الجزيئات الموجودة عند سطح السائل غير متزنة، وذلك بسبب وقوع نصفها العلوي خارج السائل، وتأثرها بقوة جذب أقل من تلك التي تتأثر بها الجزيئات الموجودة داخل السائل، وكلما اقتربت الجزيئات من سطح السائل تزيد حالة انعدام الاتزان لديها، وتصل هذه الحالة إلى قيمتها القصوى عند الجزيئات الموجودة على سطح السائل، وبناءً على ذلك فإن الجزيئات لموجودة عند سطح السائل تخضع لقوى جذب عالية نحو الداخل، وتتسبب هذه القوى في تقلص سطح السائل، مما يؤدي إلى نقصان مساحته، وتعرف هذه القوى باسم قوى التوتر السطحي.
طريقة زيادة سطح السائل
لزيادة سطح السائل يجب بذل شغل على سطح السائل للسماح لبعض الجزيئات الموجودة داخل السائل بالتحرك من داخله نحو سطحه، وسيؤثر هذا الشغل المبذول على قوى الجذب التي تسحب الجزيئات الموجودة عند سطح السائل نحو الداخل؛ أي قوى التوتر السطحي، ونستنج من ذلك أن الجزء العلوي من الجزيئات الموجودة عند سطح السائل تمتلك طاقة وضع بالإضافة إلى تلك الخاصة بالجزء الواقع تحت السائل منها، أي أن طاقة الجزيئات الموجودة عند سطح السائل أكبر من طاقة الجزيئات الموجودة داخل السائل، وتعرف طاقتها باسم الطاقة السطحية.
العلاقة بين التوتر السطحي ودرجات الحرارة
تؤثر الاختلافات في درجات الحرارة على التوتر السطحي، حيث يقل التوتر السطحي مع الارتفاعات الحادثة في درجة الحرارة، ويعود سبب ذلك إلى إضعاف قوى الجذب المتبادلة بين جزيئات السائل مع ارتفاع درجات الحرارة.
