هل تستطيع النملة السير على سطح الماء بسبب ظاهرة التوتر السطحي، فما الإجابة الصحيحة على هذا السؤال الذي ورد ضمن قائمة مطولة بالأسئلة التي يبحث عنها عشرات الأشخاص يومياً في محرك البحث العالمي “جوجل”.
تستطيع النملة السير على سطح الماء بسبب ظاهرة التوتر السطحي
فباختصار شديد التوتر السطحي هو القوة الناتجة عن الروابط بين جزيئات السائل على سطحه. هذه الروابط تجعل السطح يعمل كغشاء مرن يحاول تقليل المساحة السطحية قدر الإمكان.
فمثلاً الوزن الخفيف لنملة صغيرة وخفيفة الوزن،يُمكن أن يدعمها دون أن تغمرها في الماء.
كذلك توزيع الوزن، فعندما تسير النملة على سطح الماء، يتم توزيع وزنها على مساحة أكبر من السطح، مما يقلل الضغط على أي نقطة واحدة ويساعد على إبقائها على السطح.
وهناك أيضاً أرجلها، حيث أن أرجل النملة تحتوي على شعيرات دقيقة تساعد على توزيع وزنها بشكل متساوٍ وتزيد من المساحة التي يتوزع عليها الوزن، مما يعزز تأثير التوتر السطحي.
بفضل هذه الظاهرة، يمكن للنمل والمخلوقات الصغيرة الأخرى مثل بعض الحشرات أن تتحرك على سطح الماء دون أن تغمره. فبالتالي يُمكن من خلال ظاهرة التوتر السطحي أن تستطيع النملة السير على سطح الماء.
كل ما تريد معرفته حول ظاهرة التوتر السطحي
في حياتنا اليومية، نلاحظ العديد من الظواهر التي تبدو غريبة وتثير فضولنا لمعرفة كيف تحدث. على سبيل المثال، تستطيع الحشرات السير على سطح الماء، وتطفو الأشياء خفيفة الوزن على سطح السوائل. تُفسَّر هذه الظواهر بفضل “التوتر السطحي”، وهو ظاهرة تحدث بسبب التفاعل بين جزيئات السائل، مما يجعل السطح يبدو وكأنه غشاء رقيق مشدود. في هذا المقال، سنتعرف على التوتر السطحي وأسبابه وبعض الأمثلة عليه.
تفسير ظاهرة التوتر السطحي
تحدث ظاهرة التوتر السطحي بسبب تغيّرات في القوى الداخلية بين جزيئات السائل. فكل جزيء في السائل يتعرض لقوى تجاذب من جميع الاتجاهات، وهذه القوى تكون متساوية في العمق بحيث تلغي بعضها البعض. ومع ذلك، فإن الجزيئات الموجودة على سطح السائل تتعرض لقوى تجاذب من الجزيئات الموجودة تحتها فقط، مما يؤدي إلى أن تكون طاقتها أعلى من طاقة الجزيئات الموجودة في الداخل. ولتقليل هذه الطاقة، يسعى السائل لتقليل عدد الجزيئات على السطح، وهذا ما يجعل سطح السائل يتصرف كما لو كان غشاء مشدودًا.
أمثلة وتطبيقات على ظاهرة التوتر السطحي
تشكل قطرات الماء:
تتجمع قطرات الماء بشكل كروي أو شبه كروي لأن السائل يحاول تقليل الطاقة السطحية. الشكل الكروي له أقل مساحة سطحية مقارنة مع الأشكال الهندسية الأخرى، مما يساعد على تقليل الطاقة.
الماء على الأسطح الشمعية أو النايلون:
عند سكب الماء على سطح شمعي أو نايلون، لا يتبلل السطح لأن قوى التجاذب بين جزيئات الماء تكون أقوى من قوى الالتصاق بين الماء والسطح. ونتيجة لذلك، تتجمع جزيئات الماء على السطح في شكل كرات، وتسقط بسهولة. هذا المبدأ يُستخدم في تصنيع المعاطف والمظلات من مواد شمعية أو نايلون لأنها تمنع تسرب الماء وتحافظ على جفافنا في المطر.
