تجارب على ظاهرة التوتر السطحي

• اقرأ أيضاً
• تعريف الهدف
• تعريف البحث العلمي

تُعرف ظاهرة التوتر السطحي بأنها خاصية لأسطح السوائل التي تسمح لها بمقاومة القوة الخارجية؛ بسبب تماسك جزيئاتها مع الجزيئات الأخرى المكونة لها، والتي تكون مرتبطة مباشرة بها، سواءً كانت على الجوانب أو بالأسفل،^[١] لذلك سنعرض فيما يلي بعض التجارب البسيطة، والتي من خلالها نستطيع فهم خاصية التوتر السطحي:

يمكن إجراء تجربة الماء مع الفلفل الأسود باستخدام الطريقة التالية:^[٢]

• وعاء.
• ماء.
• فلفل أسود مطحون.
• صابون سائل.
• عود أسنان.

1. ضع ماء في الوعاء؛ ومن ثم أضف الفلفل الأسود عليه؛ يمكن ملاحظة أن الفلفل الأسود يبقى على السطح بسبب خاصية التوتر السطحي للماء.
2. ضع على طرف عود الأسنان بعض الصابون السائل حتى تغطي طرفه.
3. أدخل برفق هذا الطرف من عود الأسنان إلى الوعاء.

عند إدخال طرف عود الأسنان المملوء بالصابون إلى السطح سيتم ملاحظة أن الفلفل الأسود الموجود على السطح سيتحرك في الاتجاهات جميعها؛ ذلك يعود لكون الصابون يكسر قوى تماسك الماء عن طريق إضعاف الروابط الهيدروجينية؛ وبذلك يجعل خاصية التوتر السطحي لديه أقل.^[٢]

تعد هذه التجربة من التجارب الممتعة لشرح خاصية التوتر السطحي، حيث يتم إجراؤها من خلال اتباع الطريقة التالية:^[٣]

• وعاء.
• حليب كامل الدسم.
• ملوّنات طعام.
• صابون سائل.
• إسفنجة صغيرة.

1. ضع الحليب خالي الدسم في الوعاء، ومن ثم أضف قطرات من ملوّنات الطعام حيث تكون قريبة من المنتصف.
2. اغمس الإسفنجة بالصابون السائل؛ ومن ثم ضعها في منتصف الوعاء الذي يحتوي على الحليب والملوّنات.

يمكن الملاحظة في بداية التجربة أن ملون الطعام سيطفو على وجه الحليب نتيجة التوتر السطحي، إلا أنه عند استخدام الصابون السائل، فسيكسر الصابون التوتر السطحي في الحليب، ويجعل الجزيئات تتحرك وبالتالي سيجعل ألوان الطعام تختلط مع بعضها البعض على شكل قوس قزح.^[٣]

تعد تلك التجربة من التجارب الدالة على ظاهرة التوتر السطحي، وفيما يلي طريقة عملها:

• كأس ماء عدد (2).
• ماء.
• صابون سائل.
• ورق.

1. املأ الكأسين بشكل متساو بالماء؛ ومن ثم ضع صابوناً سائل في أحدهما وحركها.
2. اصنع كرتين من الورق بحيث تكونان متساويتين في الحجم.
3. ضع إحدى الكرات في كل كأس ولاحظ ماذا يحدث.

من خلال مشاهدة التجربة سيظهر أن إحدى الكرات تطفو على الماء بينما الأخرى تغوص، قد يعتقد البعض بأن الكثافة هي المسؤولة، ولكنها ليست كذلك؛ إذ يرجع ذلك إلى اختلاف قوة ترابط جزيئات الماء وتأثيرها على التوتر السطحي في كلا الكأسين، حيث إن الصابون قلل من خاصية التوتر السطحي في الكأس المضاف له الصابون، وبذلك غاصت كرة الورق الموجودة في هذا الجزء.

إن الروابط الهيدروجينية من الروابط الكيميائية الموجودة في الماء، والتي تعطيه خصائص مدهشة، وفيما يلي تجربة وضع قطرات الماء على قطعة النقود المعدنية لمشاهدة ظاهرة التوتر السطحي بشكل عملي:^[٥]

• قطارة.
• قطعة نقود معدنية.
• ماء.

1. اغسل قطعة النقود بالماء وجففها تمامًا بمنشفة ورقية.
2. ضع قطعة النقود على سطح مستو، إذ إن السطح المستوي سيجعل نتائج التجربة أوضح.
3. املأ القطارة بالماء.
4. ضع بضع قطرات منفردة من الماء بحذر على قطعة النقود.
5. تتبع عدد قطرات الماء التي أمكنك إضافتها على قطعة النقود، حتى يسيل الماء على جوانب القطعة النقدية، والتي تعبر عن التوتر السطحي للماء، وستفاجأ بعددها.

تعمل خاصيتا التماسك والتوتر السطحي المميزتين للماء؛ بسبب وجود الروابط الهيدروجينة فيه، وتصبح هاتان الخاصيتان واضحتين عندما تصل قطرات الماء إلى حافة العملة المعدنية، فعندها يمكن مشاهدة الماء على سطح القطعة النقدية على شكل قبة أو فقاعة، وهذا الشكل ناتج عن تماسك جزيئات الماء مع بعضها البعض.^[٥]

1. ↑ Water Science School (6/6/2019), “Surface Tension and Water “, USGS science for a changing world, Retrieved 13/1/2022. Edited.
2. ^ ^{أ ب} “Use Surface Tension to Make Pepper Dance!”, scientificamerican, Retrieved 14/11/2022. Edited.
3. ^ ^{أ ب} “Milk Art”, sciencefun, Retrieved 14/11/2022. Edited.
4. ^ ^{أ ب} “Drops on a Penny”, stevespangler, Retrieved 14/11/2022. Edited.