Skip to main content

מתח פנים בכחול לבן

 
בניסוי הזה נגלה מהו מתח פנים, ומה עושה טיפת סבון למתח הפנים של מים.
לניסוי שני חלקים: 
חלק 1
מה צריך?
כוס
בקבוק מים
טפי או קשית או צינורית
קערית עם מים
 
מה עושים? 

ממלאים מים בכוס עד הסוף מבלי שישפכו המים.
מוסיפים מים לכוס בכמויות קטנות, בתחילה ישירות מהבקבוק, ואחר כך בעזרת הטפי או הצינורית*.
עוקבים אחר התרוממות פני המים מעבר לדפנות הכוס.
 
*לשימוש בצינורית כטפי, טיבלו אחד מקצוות הצינורית בקערה עם מים, סיגרו עם אצבע את הקצה השני ושחררו אותה מעל לכוס. המים שנלכדו בצינורית יטפטפו אל הכוס.
 
מה קורה?
מדוע המים לא נשפכים למרות שהם גבוהים משפת הכוס?
פני השטח של המים נוטים להתכווץ בכוח שנקרא מתח פנים. בעקבות כך פני השטח מתנהגים כקרום אלסטי המתוח בדומה ליריעת גומי מתוחה.
נבחין בתכונה זו גם כאשר נטבול מכחול במים. כל עוד המכחול טבול במים, שערותיו מפוזרות. אך כאשר נוציא את המכחול מהמים, שכבת פני השטח של המים מתכווצת וגורמת להתלכדות השערות. כך קורה גם לשערות שלנו כאשר אנו טובלים בבריכה.
מתח הפנים הוא הסיבה לתופעות שונות כמו:
- חרקים מסוימים המסוגלים ללכת על פני המים מבלי לשקוע.
- היכולת שלנו להציף על פני המים אטבים וגופים נוספים שצפופים יותר מהמים עצמם.
- צורתן העגולה של טיפות הנוזל - פני השטח נוטים להתכווץ וכופים על הטיפה צורה בעלת שטח פנים מזערי.
כיווץ פני הנוזל, הגורם למתח פנים, נגרם בשל כוחות המשיכה בין חלקיקי המים, מולקולות המים (ראו איור 1). בתוך המים, מתחת לפני השטח, כל מולקולת מים נמשכת לכל הכיוונים, ולכן בסך הכל היא אינה נוטה להימשך לכיוון מסוים. לעומת זאת, מולקולה המצויה בפני הנוזל נמשכת רק אל המולקולות שבצידיה ומתחתיה, דבר אינו מושך אותה כלפי מעלה. משיכות אלה גורמות לשטח הפנים לקטון עד כמה שניתן.
 
איור 1: מולקולה בפני השטח נמשכת רק לצדדים וכלפי מטה אל המולקולות השכנות.
מולקולה מתחת לפני השטח נמשכת במידה שווה לכל הכיוונים.
 
חלק 2
מה צריך?
צלחת מעט עמוקה (כמו צלחת מרק) 
חלב
צבע גואש כחול (או צבע מאכל כחול)
קערית עם מי סבון
מקלון ניקוי אוזניים
 
מה עושים? עקבו אחר הסרטון
מוזגים מעט חלק לצלחת העמוקה.
מטפטפים צבע כחול במספר מוקדים.
טובלים את המקלון במי הסבון.
נוגעים בפני החלב בקרבת כתמי הצבע.
צופים בתגובת כתמי הצבע.
 
מה קורה?
מדוע כתמי הצבע מתרחקים במהירות מנגיעת הסבון?
החלב עשוי ברובו ממים. מתח הפנים של מים גדול יתר ממתח הפנים של מי סבון. קרום זעיר של סבון על פני החלב נפרש למעשה על פני שטח גדול ובכך מקטין את שטח הפנים של החלב. תנועת הפרישה של מי הסבון על פני החלב מניעה איתה גם את הצבע הכחול.
כך קורה גם לשמן הצף על פני המים קרים. לשמן יש מתח פנים קטן יותר מאשר למים קרים, ולכן השמן יוצר שכבה המכסה את כל פני המים. לעומת זאת, מתח הפנים של השמן גדול יותר מאשר מתח הפנים של מים חמים,  מכיוון שבהם הקשרים בין המולקולות חלשים יותר. לכן, מולקולות שמן יכולות לצוף בבועות קטנות על פני מרק חם, אבל כשהמרק מתקרר ומתח הפנים של המים גדל, השמן נפרש על פני המרק ויוצר מעטה שמנוני.
 
ותודה לפול ג' היואיט
 
נוצר בתאריך: 27/04/20
עודכן בתאריך: 28/04/20