Koule v přírodě: Příklady a význam povrchového napětí

Žáci popíší, co je to kapalina a co je povrchové napětí, kde se nachází a jaký je jeho význam v přírodě. Kapaliny jsou prakticky nestlačitelné - díky vzájemným odpudivým silám mezi molekulami kapaliny.

Povrchové napětí je efekt, při kterém se povrch kapalin chová jako elastická fólie a snaží se dosáhnout co možná nejhladšího stavu s minimální plochou. To znamená, že se povrch tekutiny snaží dosáhnout stavu s nejmenší energií. Povrch kapaliny se tedy chová tak, jako by byl tvořen velmi tenkou pružnou vrstvou, která se snaží stáhnout povrch kapaliny tak, aby měl při daném objemu kapaliny co nejmenší plochu.

Pokud se nachází vybraná molekula uvnitř kapaliny, nachází se ve volném rovnovážném stavu.

Pokud by na kapalinu nepůsobily vnější síly, měla by kulový tvar, protože koule má ze všech těles stejného objemu nejmenší povrch. Při působení vnějších sil je situace poněkud složitější. Vždy se však volný povrch kapaliny snaží snížit velikost celkového povrchu na co možná nejmenší možnou míru.

To je důvod, proč je hladina klidné vody v otevřené nádobě (v gravitačním poli) vodorovná, neboť jakýkoli jiný tvar volné hladiny kapaliny by zvětšil celkový povrch kapaliny. Jsou-li vnější síly velmi malé proti silám povrchového napětí, bude se kapalina snažit zaujmout přibližně kulový tvar. To se děje např.

Čtěte také: Více o komunálním odpadu

Povrchové napětí způsobuje, že některé druhy hmyzu (například vodoměrky) se mohou pohybovat po vodní hladině. Některé předměty, např.

Velké povrchové napětí ztěžuje proces smáčení. Například destilovaná voda smáčí látky obsažené v oblečení velmi špatně, perlí. Jiným příkladem je mytí mastných rukou. Mytí mastných rukou je obtížné, protože voda nesmáčí mastný povrch. Proto používáme mýdlo. V mýdlovém roztoku jsou síly mezi molekulami menší než síly mezi molekulami vody.

Zakřivení volného povrchu kapaliny také pozorujeme v úzkých trubicích s kapalinou. Je-li průměr těchto trubic velmi malý (řádově mm), nazýváme tyto trubice kapiláry (z lat. capillus - vlas). V kapiláře zčásti zasunuté do kapaliny v široké nádobě buď vystoupí kapalina nad úroveň hladiny v nádobě - kapilární elevace (vytvářejí ve styku s kapilárou dutý povrch), nebo klesne pod tuto úroveň - kapilární deprese (vytvářejí vypuklý povrch). Oba jevy nazýváme souhrnně kapilarita.

Kapalina s nízkým povrchovým napětím v úzké kapiláře stoupá, a proto porézní materiály, jako je houba či hedvábný papír, nasávají vodu.

Změny výšky hladiny v kapiláře jsou spojeny s existencí kapilárního tlaku, který vzniká díky zakřivení povrchu. Těsně pod dutým povrchem je vnitřní tlak menší než těsně pod rovinným povrchem kapaliny v okolí kapiláry, a to o kapilární tlak. Proto kapalina vystoupí v kapiláře do takové výšky, aby hydrostatický tlak odpovídající tomuto sloupci kapaliny vyrovnal rozdíl vnitřních tlaků. U kapilární deprese je tomu opačně. Těsně pod vypuklým povrchem v kapiláře je vnitřní tlak větší než těsně pod rovinným povrchem kapaliny v okolí kapiláry, a to o kapilární tlak. Proto kapalina klesne v kapiláře o takovou výšku, aby byl kapilární tlak kompenzován.

Čtěte také: Rostlinstvo v Praze

kde r je poloměr kapiláry a σ povrchové napětí kapaliny. V případě kapilární elevace vystoupí kapalina do takové výšky h, aby hydrostatický tlak odpovídající sloupci kapaliny výšky h byl stejný jako kapilární tlak. Při daném poloměru kapiláry je výška h tím větší, čím větší je povrchové napětí kapaliny. Obdobné úvahy platí i pro kapilární depresi.

Kapilární jevy mají velký význam v praxi. Cukr, papír, cihly, dřevo dobře vsakují kapaliny - drobné póry uvnitř těchto látek tvoří kapiláry a díky elevaci dochází ke vzlínání kapaliny. Podobně v půdě se kapilárami dostává voda z hloubky do povrchových vrstev půdy, ve kterých jsou kořeny rostlin.

Petrolej má jednu špatnou vlastnost: po naplnění petrolejky, i přes dokonalé otření, se může stát, že za chvíli bude opět špinavá od petroleje. Důvodem je dobrá smáčivost petroleje a skla. Je-li hořák špatně přišroubovaný, vzlíná petrolej až na vnější povrch nádržky. Tuto schopnost petroleje můžeme i využít. Používá se při kontrole těsnosti zařízení či ke zjištění, zda nějaký kovový výrobek nemá neviditelné trhliny či póry. Takovou součást (třeba výkovek) ponoříme na chvíli do petroleje, pak pečlivě otřeme jeho povrch, natřeme např. bílým vápnem.

Podobně jako petrolej, vzlíná velmi dobře také nafta. To je nepříjemné např. na lodích, které naftu přepravují.

Je zajímavé se zamyslet nad tím, jak je možné, že svíčky stále hoří a také nad tím, proč má knot stálý přísun parafínu. Když odhoří část roztaveného parafínu v horním konci knotu, rozhraní mezi parafínem a vzduchem se prohne dovnitř mezi vlákna knotu. Tím se poněkud zvětší povrch rozhraní parafín - vzduch.

Čtěte také: Přírodní krása ženy

tags: #tvar #koule #v #prirode #priklady

Oblíbené příspěvky:

• Relaxace se Zvuky Přírody
• Komplexní analýza emisí oxidů dusíku
• Vířivka a ekologie: Jak na to?
• Modernizace pekařské výroby
• Správné označení košů