Was ist Oberflächenspannung?
Die Oberflächenspannung ist die Kohäsionskraft, die die Moleküle einer Flüssigkeit ausüben. Diese Kraft ermöglicht es der Oberfläche einer Flüssigkeit, äußeren Kräften, die auf sie einwirken, bis zu einem gewissen Grad zu widerstehen. Es ist dieser Widerstand, der es beispielsweise einer Büroklammer ermöglicht, auf der Oberfläche eines Wasserglases zu schweben, obwohl die Büroklammer eine Dichte aufweist, die größer als das Wasser ist. Die Oberflächenspannung variiert je nach Flüssigkeit und mit anderen Faktoren wie der Temperatur.
Die Tendenz einer Flüssigkeit, die Eigenschaft der Oberflächenspannung aufzuweisen, ergibt sich aus der Anziehungskraft, die die Moleküle einer Flüssigkeit füreinander haben. In der Flüssigkeit ist jedes Molekül von anderen Molekülen umgeben und zieht jedes umgebende Molekül gleichermaßen an, was zu einer Nettokraft von Null führt. Die Moleküle an der Oberfläche der Flüssigkeit sind jedoch nicht in alle Richtungen von anderen Molekülen umgeben. Sie ziehen stärker an den Molekülen in ihrer Nähe und erzeugen Oberflächenspannung.
Aufgrund der Oberflächenspannung bilden sich Wassertröpfchen, und die Oberflächenspannung ermöglicht auch die Bildung von Luftblasen in einer Flüssigkeit. Wenn Moleküle an der Oberfläche einer Flüssigkeit an anderen Molekülen an der Oberfläche ziehen, neigt ein Flüssigkeitsvolumen im Raum dazu, eine Kugel zu bilden, und bei Abwesenheit der Schwerkraft bilden Wassertropfen perfekte Kugeln. Dies liegt daran, dass eine Kugel die Form ist, die für ein bestimmtes Volumen die kleinstmögliche Oberfläche hat. Wenn zwei kleine Tröpfchen in Abwesenheit der Schwerkraft kollidieren, führt die Anziehung der Moleküle für andere Moleküle dazu, dass sich die Tröpfchen zu einem größeren Tröpfchen verbinden. Diese Tendenz kann manchmal auch unter der normalen Schwerkraft der Erde beobachtet werden.
Die längliche Form von Regentropfen ist auf die Schwerkraft der Tröpfchen zurückzuführen. Die Oberflächenspannung ist in der Regel eine sehr schwache Kraft, sodass sich die Tröpfchen leicht durch die Schwerkraft oder andere Kräfte wie Zentripetal- oder Zentrifugalkräfte verformen. Einige Insekten und sogar Tiere haben sich daran gewöhnt, diese Kraft zu nutzen, obwohl sie schwach ist. Wasserwanzen und kleine Eidechsen, die Basilisken genannt werden, verlassen sich tatsächlich auf die Oberflächenspannung des Wassers, um darauf zu laufen, ohne zu sinken.
Die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit, üblicherweise ausgedrückt als Dyn pro Zentimeter, ist die Kraft, die erforderlich ist, um die Oberfläche einer bestimmten Flüssigkeit über einen linearen Abstand von einem Zentimeter zu brechen. Ein Dyne ist eine Energie- oder Krafteinheit, die als die Energiemenge definiert ist, die erforderlich ist, um ein Gramm Masse mit einer Geschwindigkeit von einem Quadratzentimeter pro Sekunde zu beschleunigen. Ein Dyn entspricht auch der International Standard (SI) -Einheit des Mikronewtons.