ما الخاصية التي تفسر طفو إبرة فوق سطح الماء ؟ هي أحد الأسئلة التي طرحها الطلاب مؤخرًا أثناء الدراسة، وهو سؤال فيزيائي بحت يتطلب إجابة دقيقة.
الطفو عبارة عن قوة التي تعمل على تعويم الأشياء على السطح، أي يعني أنها تتم على جسم مغمور الموجود في سائل سواء بشكل جزئي أو كلي.
لذلك يحدث الطفو بسبب اختلافات الضغط التي تعمل على جوانب جسم مغمور ثابت بشكل عكسي، ويمكن تعريف الطفو كقوة صاعدة، التي ترفع الجسم على السطح ويقاس بالنيوتن.
عناصر المقالة
ما الخاصية التي تفسر طفو إبرة فوق سطح الماء
تحتوي الإبرة المعدنية أو المشبك على كثافة أعلى من الماء، وعندما يسقط في الماء، فإنه يسقط في قاع الماء.
إذا وضعناه بشكل أفقي على الماء ، فقد يطفو إلى الأبد بسبب التوتر السطحي للماء، لأن التوتر السطحي يعمل بواسطة قوة التماسك بينها وبين الجزيئات في الكتلة لجذب جزيئات الماء إلى السطح.
وبالتالي يحدث توليد الطاقة الكامنة، وهي أعلى من تلك الموجودة في الداخل ، بحيث يحافظ الماء على شكل سطحه المستدير، لأنه لا توجد جزيئات ماء خارج السطح لموازنة السحب الداخلي، وبالتالي فإن قوة التماسك هي غشاء مرن مقاوم للتمزق.
لذا يكون إجابة السؤال ما الخاصية التي تفسر طفو إبرة فوق سطح الماء هي خاصية التوتر السطحي.
تفسير التوتر السطحي
يعني هذا أن حجم الضغط الذي يمارسه الجسم يعتمد على وزنه ومنطقة التلامس، فمثلاً عندما تسقط إبرة عمودية ذات الوزن تسقط إلى القاع لأنها تحتوي على منطقة تلامس صغيرة ، مما يؤدي إلى ضغط كبير على الماء، مما يؤدي إلى تمزق السطح.
إذا تم وضع الإبرة أفقياً على سطح الماء فسوف تطفو، لأنها تتضمن منطقة تلامس أكبر وضغط أقل على سطح الماء.
تعريف التوتر السطحي
بعد أن تمت معرفة ما الخاصية التي تفسر طفو إبرة فوق سطح الماء سيتم تعريف التوتر السطحي في الاتجاه الفيزيائي بأنها قوة تؤثر على وحدة طول السطح عمودياً للقوة وتقاس ظاهرة التوتر السطحي بوحدات نيوتن/ متر.
يتم تعريفها أيضًا على أنها الطاقة المطلوبة لاتساع مساحة لسطح سائل بمقدار متر مربع واحد، وفي هذه الحالة يتم قياسها بالجول/متر.
ظاهرة التوتر السطحي في الماء ملحوظة للغاية بسبب الرابطة الهيدروجينية التي توجد بين جزيئات الماء.
حيث تتشكل الفقاعات والسطح الهلالي، بالإضافة إلى أنها ترفع الماء في الأنبوب الشعري الموجود في النباتات المسؤولة عن نقل الماء في الاتجاه المعاكس للجاذبية.
أسباب ظاهرة التوتر السطحي
كما توضح ظاهرة التوتر السطحي أسباب تعرض بعض المواد للبلل والبعض الآخر يسهل امتصاص بعض السوائل في بعض المواد، وفهم هذه الظاهرة يجب معرفة المواد التي تؤثر عليها:
ظاهرة التوتر السطحي تتأثر بالشوائب: حيث تقلل الشوائب التوتر السطحي بسبب عدم قابلية للذوبان في حالة الشوائب القابلة للذوبان في الماء ، يمكن أن تزيد أو تقلل من التوتر السطحي وفقًا لطبيعة الشوائب.
إذا كانت الشوائب قليلة الذوبان ، سيقل التوتر السطحي، مثل وضع الكافور في الماء، على عكس الشوائب القابلة للذوبان بسهولة، فإنها تزيد من التوتر السطحي للماء، مثل إذابة الملح في الماء.
تتأثر ظاهرة التوتر السطحي بدرجة الحرارة: تقلل درجة الحرارة قوى الجاذبية بين الجزيئات، بحيث كلما حدث ارتفاع درجة الحرارة ، انخفض التوتر السطحي للسائل.
أمثلة فيزيائية على التوتر السطحي
مثلاً سقوط الماء على شكل مجموعة قطرات بدلاً من السقوط على شكل تيار عمودي مستمر ، وكذلك سقوط قطرات الندى بشكل شبه كروي، التي تشكلت بتأثير جاذبية الأرض، والتي بدونها ستسقط القطرات بشكل كروي بالكامل.
تساعد ظاهرة التوتر السطحي مشبك الورق على الطفو على سطح الماء على الرغم من كثافته العالية ، لكن التوتر السطحي الذي يوجد على سطح السائل يساعد على مقاومة قوة الجاذبية الموجودة في الأجسام المعدنية.
كما تسمح هذه الخاصية للحشرات بالسير على الماء كما يحدث مع حشرة (الجيريدي) التي تساعدها أرجلها على التحرك عبر الماء بسهولة دون أن تخترقه وتوزيع وزنها على أقدامها أثناء المشي.