Co to jest siła powierzchniowa?
Siła powierzchniowa, częściej określana jako napięcie powierzchniowe, jest unikalnym pchnięciem do góry, które powierzchnia cieczy może wywierać na przedmiot. Ta siła jest przyczyną, dla której małe owady, takie jak stridery wodne, wydają się chodzić po wodzie. Umożliwia także uprawianie sportów, takich jak surfing i jazda na nartach wodnych. Siła powierzchniowa występuje, ponieważ cząsteczki lub drobne cząstki tworzące ciecz mają tendencję do blokowania się na powierzchni, tworząc cienką warstwę, która ma nieco większą gęstość niż reszta cieczy.
Napięcie powierzchniowe lub siła powierzchniowa wody jest wystarczająco silna, aby popychać przedmioty w górę, pozwalając im unosić się na powierzchni. Można to zaobserwować, ostrożnie umieszczając mały metalowy spinacz na powierzchni szklanki wody, wypełnionej do góry. Ponieważ gęstość spinacza do papieru jest większa niż gęstość wody, można oczekiwać, że opadnie. Jednak przy odrobinie staranności w umieszczeniu i pewnej wiedzy o sile powierzchniowej tak się nie stanie. Jeśli spinacz do papieru zostanie upuszczony na powierzchnię, tak aby koniec przebija niewidoczną barierę, opadnie, dlatego należy zachować ostrożność podczas umieszczania spinacza do papieru.
Wiele czynników może zmniejszyć siłę powierzchniową wody, na przykład wzrost temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury wody maleje siła powierzchniowa. Dodanie mydła do wody może również zmniejszyć napięcie powierzchniowe. Mydło przełamuje kontrolę nad cząsteczkami wody, umożliwiając łatwiejszy kontakt wody z przedmiotami takimi jak brudne naczynia. Dodanie jednej kropli mydła do szklanki wody za pomocą pływającego spinacza spowoduje natychmiastowe zatonięcie obiektu i będzie pozytywnym zakończeniem wspomnianego wcześniej eksperymentu.
Powód, dla którego napięcie powierzchniowe można nazwać siłą powierzchniową, wyjaśnia fizyczna definicja słowa siła. W fizyce siłę definiuje się jako pchnięcie lub ciągnięcie na przedmiot. Gdy spinacz do papieru zostanie umieszczony na wodzie, grawitacja pociągnie go do dołu. Kiedy napięcie powierzchniowe wody jest wystarczająco silne, woda może popchnąć spinacz do papieru z taką samą siłą, jak siła grawitacji ciągnie go w dół, pozwalając obiektowi unosić się na powierzchni. Jest to przykład zrównoważonych sił - spinacz do papieru nie tonie ani nie strzela z powierzchni, ale po prostu tam spoczywa.