Menisk wypukły
W polu grawitacyjnym
Ziemi kształt powierzchni cieczy jest zawsze taki, by suma energii
potencjalnych związanych z oddziaływaniem grawitacyjnym oraz siłami
międzycząsteczkowymi była najmniejsza. Daleko od ścianek naczynia powierzchnia
jest płaska, ponieważ tam dużą rolę odgrywają siły grawitacji, a wypadkowa sił
międzycząsteczkowych działających na każdą cząsteczkę jest zwrócona w dół.
Powierzchnia cieczy jest zawsze prostopadła do siły wypadkowej.
W pobliżu ścianek oprócz sił spójności
działają siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ciała
stałego nazwane siłami przylegania.
Jeśli siły spójności są większe od sił
przylegania to mówimy, że ciecz nie zwilża ścianek naczynia i tworzy się wtedy
menisk wypukły. Tak zachowuje się rtęć w szklanych naczyniach. Można to również
zaobserwować jeśli naczynie szklane natłuścimy i wlejemy wodę, bowiem siły
przylegania między cząsteczkami wody i tłuszczu są znacznie mniejsze od sił
spójności między cząsteczkami wody. Własność tą wykorzystują kaczki i inne
ptaki wodne. Pióra są nasiąknięte tłuszczem i woda nie dostaje się pomiędzy
pióra. Podobnie woda nie może zwilżać owadów wodnych ślizgających się po
powierzchni stawów, więc pokryte są substancją której siły przylegania z wodą
są małe. Parasole i ubrania przeciwdeszczowe wykonujemy z takich materiałów aby
woda spływała. Z tego powodu pastujemy buty.
Menisk wklęsły
Jeśli siły przylegania są większe od
sił spójności to mówimy, że ciecz zwilża ścianki naczynia i tworzy się wtedy
menisk wklęsły. Tak zachowuje się woda w szklanej rurce.
Bardzo wąskie rurki, których średnica
jest rzędu jednego milimetra lub mniejsza, nazywamy włoskowatymi lub
kapilarnymi (od łacińskiego słowa capillus - włos). Jeśli taką rurkę zanurzymy
w cieczy, która ją zwilża (na przykład rurkę szklaną w wodzie), to tworzy się
menisk wklęsły. Powstaje wtedy ciśnienie powierzchniowe, które powoduje
podnoszenie się cieczy powyżej powierzchni swobodnej cieczy w danym naczyniu
(rysunek z lewej). Im mniejsza jest średnica naczynia tym wysokość na jaką
podnosi się woda jest większa.
Ciecz niezwilżająca rurki włoskowatej
opuszcza się poniżej powierzchni cieczy w naczyniu. Tak zachowuje się rurka
szklana, posmarowana tłuszczem, zanurzona w wodzie (pokazuje to rysunek z
prawej strony).
Zjawiska włoskowate często spotykamy w
przyrodzie. Występowanie ich tłumaczy higroskopijność szeregu ciał, tzn. ich
zdolność do pochłaniania wilgoci. Substancją higroskopijna jest wata, tkaniny,
gleba, beton. Widocznie te substancje składają się z mikroskopijnych naczyń i
są one zwilżane przez wodę, czyli siły przylegania są większe niż spójności.
Higroskopijność betonu musi być
uwzględniona w praktyce budowlanej. Pomiędzy fundament budynku i ściany wkłada
się warstwę papy, smoły czy też jakiejkolwiek innej substancji, która zapobiega
przenikaniu wilgoci poprzez ściany do mieszkań.
Woda znajdująca się pod ziemią dzięki
włoskowatości gleby podnosi się aż do jej powierzchni i paruje. Chcąc zachować
wilgoć w glebie, należy zniszczyć rurki włoskowate. osiąga się to dzięki orce i
bronowaniu. Znana jest zasada działkowiczów: lepiej jest raz na dwa tygodnie
wzruszyć ziemię niż codziennie ją podlewać.
Rośliny składają się z wielu długich i
bardzo cienkich cząsteczek celulozowych. Woda zwilża ścianki cząsteczek
celulozowych. Są to więc naczynia włoskowate, a woda podnosi się do góry.
Dzięki temu rośliny mogą pobierać wodę poprzez korzenie i z gleby).
Okazało się, że małe owady potrafią "chodzić"
po powierzchni wody wykorzystując siły napięcia powierzchniowego wody i nie
muszą nawet poruszać własnymi odnóżami. Chociaż powierzchnia wody wydaje się
dla ludzkiego oka zupełnie płaska, to małe stworzonka, takie jak
kilkumilimetrowe owady, postrzegają ją zupełnie inaczej. Powierzchnia wody dla
nich jest urozmaicona i pofałdowana. Przyjmują one specjalną pozycję, dzięki której
tworzą siły "wciągające" je na wypukłość (podobnie jak w rurkach
włoskowatych) w tempie około 30 długości ciała na sekundę. W tym czasie na
wodzie powstają charakterystyczne kółka, robione przez środkowe odnóża.
Sprawdzili to naukowcy z MIT (Massachusetts Institute of Technology) przy
użyciu specjalnej kamery.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz