استخدامات عملية لخاصية الشد السطحي

شرح مبسط لمفهوم الشد السطحي

الشد السطحي هو خاصية فيزيائية مميزة لأسطح السوائل، تمكنها من مقاومة القوى الخارجية المؤثرة عليها. هذه الخاصية تنبع من قوة التماسك والتلاصق بين جزيئات السائل، مما يجعل سطح السائل يتصرف كغشاء مرن مشدود.

تختلف قيمة الشد السطحي من سائل لآخر. على سبيل المثال، السوائل العضوية كالبنزين والإيثانول لديها شد سطحي منخفض، بينما يتميز الزئبق بشد سطحي عالٍ. كما أن ارتفاع درجة الحرارة يضعف قوى التجاذب بين جزيئات السائل، وبالتالي يقلل من الشد السطحي.

أمثلة حية على استخدامات الشد السطحي

تتجلى خاصية الشد السطحي للماء في العديد من الظواهر والتطبيقات اليومية. فيما يلي بعض الأمثلة البارزة:

لماذا نستخدم الماء الدافئ في الغسيل؟

يعود تفضيل الماء الساخن في عمليات الغسيل إلى انخفاض قيمة الشد السطحي له. هذا الانخفاض يجعله أكثر فعالية في إزالة الأوساخ مقارنة بالماء البارد. ومع ذلك، عند استخدام منظفات تقلل من الشد السطحي للماء، يمكن الاستغناء عن الماء الساخن واستخدام الماء البارد بنفس الكفاءة.

دور الشد السطحي في صناعة الأخبية المقاومة للماء

تصنع الخيام من مواد مقاومة للماء لتحقيق الراحة والحماية أثناء التخييم، خاصة في فصل الشتاء. إذا لامست الخيمة، قد تفقد هذه الخاصية. والسبب في ذلك هو أن الشد السطحي للماء يمكن أن يسد المسام الدقيقة في الأقمشة. لمس النسيج يخل بهذا الشد السطحي، مما يسمح للماء بالتسرب من خلاله.

كيف تساعد المنظفات في عمليات التنظيف؟

تلعب الصابونات والمنظفات دوراً هاماً في تسهيل عملية التنظيف، سواء كانت للملابس أو غيرها. تعمل هذه المواد على تقليل الشد السطحي للماء، مما يتيح له التغلغل في الأنسجة وإزالة الأوساخ بفعالية أكبر.

لماذا تتخذ السوائل أشكالًا مقعرة أو محدبة في الأنابيب؟

عندما نحصر الماء في أنبوب، يتخذ سطحه شكلاً مقعراً، والسبب في ذلك هو أن الماء يبلل سطح الأنبوب وينتشر على جوانبه. أما في حالة الزئبق، فإنه يتخذ شكلاً محدباً عند وضعه في أنبوب، ويعزى ذلك إلى أن قوى التماسك بين جزيئات الزئبق تسحبه إلى الأعلى.

لماذا تتشكل الفقاعات على هيئة كروية؟

يساهم الشد السطحي للماء في توفير قوة كافية لتشكيل الفقاعات بشكل كروي. يميل الماء إلى تقليل توتر الجدار، وهذا الميل هو ما يكسب الفقاعات شكلها الكروي المميز.

تطبيقات أخرى متنوعة للشد السطحي

بالإضافة إلى ما ذكر، هناك العديد من التطبيقات الأخرى لخاصية الشد السطحي، منها:

• مشي الحشرات على الماء: تستطيع الحشرات الصغيرة ذات الوزن الخفيف السير على سطح الماء لأن وزنها لا يكفي لكسر الشد السطحي.
• تعويم الإبرة: يمكن تعويم إبرة صغيرة على سطح الماء بحذر شديد، على الرغم من أن كثافتها أكبر من كثافة الماء، ولكن يجب الحذر من تحريكها بسرعة.
• تشكل قطرات الماء: تتخذ قطرات الماء شكلًا كرويًا بفعل قوى التماسك في الطبقة السطحية، فالشد السطحي هو المسؤول عن هذا الشكل.
• الفحص الطبي للبول: ينخفض الشد السطحي لبول مرضى اليرقان مقارنة بالبول الطبيعي بحوالي 55 داين/سم.
• المطهرات: تتميز المطهرات بشد سطحي منخفض يسمح لها باختراق جدران الخلايا البكتيرية وقتلها.
• الخاصية الشعرية: هي ظاهرة ارتفاع السائل داخل أنبوب ضيق، حيث يتسرب الماء داخل الأنبوب بفعل قوى التلاصق بين السائل وجدران الأنبوب الداخلية.

المراجع

1. Barbara Schreiber (2/4/2020),”surface tension”,britannica, Retrieved 13/1/2022. Edited.
2. no name (6/6/2019),”Surface Tension and Water”,usgs, Retrieved 13/1/2022. Edited.
3. no name (15/3/2019),”surface tension”,chem, Retrieved 13/1/2022. Edited.