فهرس المحتويات
لمحة عن خاصية الشد السطحي
تُعد ظاهرة الشد السطحي من الظواهر الفيزيائية التي نراها بوضوح في حياتنا اليومية. أمثلة بسيطة تشمل قدرة بعض الحشرات على السير فوق سطح الماء، تجمّع قطرات الندى على أوراق النباتات، بقاء قطرة الماء معلقة في الصنبور لفترة قبل أن تسقط، وطفو إبرة أو قطعة قش صغيرة على سطح الماء. تمكن علماء الفيزياء من إعطاء تفسير لهذه الظواهر اعتمادًا على فهمهم لخاصية الشد السطحي، مما ساهم في فهم أعمق لظواهر وعمليات فيزيائية أخرى كالخاصية الشعرية ولزوجة السوائل.
كيف نفسر الشد السطحي؟
لتفسير ظاهرة الشد السطحي، يجب أولاً فهم نوعين أساسيين من القوى: قوى التماسك وقوى التلاصق. قوى التماسك هي قوى الجذب بين جزيئات السائل نفسه. أما قوى التلاصق فهي قوى الجذب بين جزيئات السائل وجزيئات السطح الذي يحتويه السائل.
يمكن فهم الشد السطحي من خلال النظرية الجزيئية للمادة. الشد السطحي في السوائل هو نتيجة للتجاذب بين جزيئات السائل والتغيرات في القوى بين هذه الجزيئات. داخل السائل، تتأثر الجزيئات بقوى جذب متساوية من جميع الجهات من الجزيئات المحيطة بها، مما يجعل محصلة القوى المؤثرة على كل جزيء داخل السائل تساوي صفرًا.
أما الجزيئات الموجودة على سطح السائل، فإنها تتأثر بقوة سحب من الجزيئات الموجودة في داخل السائل. هذا يعني أن محصلة القوى المؤثرة على هذه الجزيئات غير متزنة، حيث أن الجزء العلوي منها يقع خارج السائل ويتأثر بقوة جذب أقل من الجزيئات الموجودة في الداخل. كلما اقتربت الجزيئات من سطح السائل، يزداد عدم التوازن في القوى المؤثرة عليها، ويصل إلى أقصى قيمة له عند الجزيئات الموجودة على السطح تمامًا.
نتيجة لذلك، تخضع الجزيئات الموجودة على سطح السائل لقوى جذب قوية نحو الداخل. هذه القوى تتسبب في تقليل مساحة سطح السائل، وتُعرف بقوى الشد السطحي.
كيفية توسيع مساحة سطح السائل
لكي نزيد من مساحة سطح السائل، يجب أن نبذل شغلًا على هذا السطح. هذا الشغل ضروري لنقل بعض الجزيئات من داخل السائل إلى سطحه. الشغل المبذول سيؤثر على قوى الجذب التي تسحب الجزيئات الموجودة على السطح نحو الداخل، أي قوى الشد السطحي.
هذا يعني أن الجزء العلوي من الجزيئات الموجودة على سطح السائل يمتلك طاقة وضع إضافية مقارنة بالجزء الموجود تحت السائل. و بالتالي، فإن طاقة الجزيئات الموجودة على سطح السائل أكبر من طاقة الجزيئات الموجودة داخل السائل، وتُعرف هذه الطاقة بالطاقة السطحية.
تأثير الحرارة على الشد السطحي
تؤثر التغيرات في درجات الحرارة على الشد السطحي بشكل ملحوظ. مع ارتفاع درجة الحرارة، يقل الشد السطحي. والسبب في ذلك هو إضعاف قوى الجذب بين جزيئات السائل عندما ترتفع درجة الحرارة.
