تجارب لفهم ظاهرة التوتر السطحي

تجارب لاستكشاف ظاهرة التوتر السطحي

تعرف ظاهرة التوتر السطحي بأنها خاصية تميز أسطح السوائل، مما يمكنها من مقاومة القوى الخارجية بفضل التماسك القوي بين الجزيئات الموجودة في السائل. وعليه، سنستعرض بعض التجارب البسيطة التي تساعدنا على فهم خاصية التوتر السطحي بشكل أفضل:

تجربة الماء مع الفلفل الأسود

يمكن تنفيذ تجربة الماء مع الفلفل الأسود باتباع الخطوات التالية:

الأدوات المطلوبة

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

خطوات التنفيذ

1. املأ الوعاء بالماء ثم أضف الفلفل الأسود، حيث ستلاحظ أن الفلفل يبقى عائمًا على السطح بسبب خاصية التوتر السطحي للماء.
2. قم بوضع قليل من الصابون السائل على طرف عود الأسنان.
3. ادخل الطرف المملوء بالصابون إلى الوعاء برفق.

نتائج التجربة

عند إدخال الطرف المملوء بالصابون، ستلاحظ أن الفلفل الأسود الموجود على السطح يتحرك في جميع الاتجاهات. يرجع ذلك إلى أن الصابون يكسر الروابط الهيدروجينية في الماء، مما يقلل من قوة التماسك وبالتالي يضعف خاصية التوتر السطحي.

تجربة الحليب مع ملوّنات الطعام

تعتبر هذه التجربة جاذبة وفعّالة في توضيح ظاهرة التوتر السطحي كالتالي:

الأدوات المطلوبة

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

خطوات التنفيذ

1. املأ الوعاء بالحليب ثم أضف قطرات من ملوّنات الطعام في المنتصف.
2. اغمر الإسفنجة في الصابون السائل، ثم ضعها في وسط الوعاء المحتوي على الحليب والملونات.

نتائج التجربة

في بداية التجربة، سترى أن ملوّن الطعام يطفو على سطح الحليب نتيجة التوتر السطحي. ولكن عند استخدام الصابون، فإنه يكسر التوتر السطحي للحليب، مما يؤدي إلى حركة جزيئات الحليب ويؤدي إلى اختلاط الألوان على شكل قوس قزح.

تجربة وضع الورق على سطح الماء

تعتبر هذه التجربة وسيلة فعالة لتوضيح ظاهرة التوتر السطحي، وإليكم كيفية القيام بها:

الأدوات المطلوبة

• كأسين من الماء.
• ماء.
• صابون سائل.
• ورق.

خطوات التنفيذ

1. اشغل الكأسين بالماء بالتساوي، ثم أضف الصابون السائل إلى أحدهما وحركه.
2. اصنع كرتين من الورق بنفس الحجم.
3. ضع كرة واحدة في كل كأس ولاحظ النتائج.

نتائج التجربة

ستلاحظ أن إحدى الكرتين تطفو بينما تغوص الأخرى. وقد يعتقد البعض أن ذلك يعود للكثافة، ولكنه في الحقيقة ناتج عن اختلاف قوة تماسك الجزيئات في الماء وتأثيرها على التوتر السطحي، حيث أن إضافة الصابون إلى أحد الكأسات قللت من خاصية التوتر السطحي في هذا الجانب، مما جعل كرة الورق تغوص.

تجربة قطرات الماء على قطعة النقد

تعكس الروابط الهيدروجينية في الماء خصائصه الفريدة. وفيما يلي تجربة توضح ظاهرة التوتر السطحي من خلال وضع قطرات الماء على قطعة نقد معدنية:

الأدوات المطلوبة

• قطارة.
• قطعة نقود معدنية.
• ماء.

خطوات التنفيذ

1. قم بتنظيف قطعة النقود بالماء وجففها جيدًا بواسطة منشفة ورقية.
2. ضع قطعة النقود على سطح مستوٍ لتحسين وضوح النتائج.
3. املأ القطارة بالماء.
4. ضع بحذر عدة قطرات من الماء على قطعة النقود.
5. تابع عدد القطرات التي تضعها حتى تبدأ القطرات بالسيلان على جوانب القطعة، مما يدل على قوة التوتر السطحي.

نتائج التجربة

تتجلى خواص التماسك والتوتر السطحي للماء بوضوح عند وصول القطرات إلى حواف قطعة النقود، حيث ستظهر المياه على سطح القطعة بشكل قبة أو فقاعة، وهو الشكل الناتج عن تماسك جزيئات الماء مع بعضها البعض.