Menu

Mecànica de fluids

Tensió superficial: definició, fórmula, exemples i experiment

Tensió superficial: definició, fórmula, exemples i experiment

La tensió superficial és una propietat física dels líquids que fa referència a la força que actua a la superfície del líquid i que tendeix a disminuir l'àrea superficial al mínim possible. Aquesta propietat és el resultat de les forces de cohesió entre les molècules del fluid.

Aquesta propietat permet a alguns objectes surar a la superfície d'un líquid, com ara els insectes aquàtics que poden caminar sobre l'aigua. 

La tensió superficial també té un paper important en fenòmens com la capil·laritat, és a dir, la capacitat d'un líquid per ascendir contra la gravetat a través d'un tub estret.

Com a exemple, la tensió superficial de l'aigua és una de les més altes entre els líquids comuns. El valor típic de la tensió superficial de l'aigua a 20 graus Celsius és d'aproximadament 72 mil·litons per metre (mN/m) o 72 dyn/cm.

Com funciona?

En un líquid, les molècules a l'interior estan envoltades i atretes a totes les direccions per altres molècules adjacents. No obstant això, a la superfície del líquid, les molècules només estan envoltades i atretes cap a l'interior i cap als costats, cosa que crea una força neta cap a l'interior. Aquesta força neta és la responsable de la tensió superficial.

A causa de la tensió superficial, les gotes de líquid tendeixen a tenir una forma esfèrica, ja que aquesta forma minimitza la superfície exposada a l'entorn.

Mesura i unitats

La tensió superficial es pot mesurar utilitzant diferents mètodes, com l'ús d'un tensiòmetre, que mesura la força necessària per estirar o trencar una pel·lícula líquida.

La unitat de mesura de la tensió superficial és el newton per metre (N/m) o l'equivalent al joule per metre quadrat (J/m²).

Fórmula de la tensió superficial

La fórmula matemàtica per calcular la tensió superficial d'un líquid es basa en la relació entre la força que actua a la superfície del líquid i el perímetre de la superfície. La fórmula és la següent:

T = F / L

On:

  • T representa la tensió superficial del líquid.

  • F és la força que actua a la superfície del líquid.

  • L és el perímetre de la superfície líquida.

La tensió superficial s'expressa en unitats de força per unitat de longitud, com ara newton per metre (N/m) o dyn/cm.

És important tenir en compte que aquesta fórmula és una representació bàsica i simplificada de la tensió superficial. En situacions més complexes o amb formes de superfície irregulars, es poden requerir equacions més complexes per calcular la tensió superficial amb precisió.

Exemples a la vida quotidiana

Aquí es mostren alguns exemples que il·lustren la tensió superficial en diferents situacions de la nostra vida quotidiana i en fenòmens naturals:

  1. Gotes daigua: Quan es forma una gota daigua, aquesta tendeix a adoptar una forma esfèrica a causa de la tensió superficial. Les molècules d'aigua a la superfície de la gota s'atreuen entre si, creant una pel·lícula superficial que minimitza l'àrea exposada a l'aire.

  2. Insectes sobre l'aigua: Alguns insectes, com els sabaters o les xinxes d'aigua, poden caminar sobre la superfície de l'aigua sense enfonsar-se. Això és degut a la tensió superficial de l'aigua. Les potes d'aquests insectes gairebé no trenquen la superfície de l'aigua a causa de la força de la tensió superficial, cosa que els permet surar i moure's sobre ella.

  3. Capil·laritat a les plantes: Aquesta propietat també juga un paper important en l'ascensió de l'aigua a través dels vasos capil·lars de les plantes. Les molècules d'aigua s'adhereixen a les parets dels gots i s'atreuen entre si, fet que crea una força de cohesió que permet que l'aigua pugi contra la gravetat a través dels teixits de la planta.

  4. Bombolles de sabó: Quan es bufa una bombolla de sabó, està adopta una forma esfèrica a causa de la tensió de la superfície. La pel·lícula de sabó a la superfície de la bombolla es manté tensa a causa de les forces de cohesió entre les molècules del sabó.

  5. Formació de llàgrimes: La tensió superficial del líquid lacrimal als nostres ulls és la responsable que les llàgrimes es formin en gotes i no s'estenguin per tota la superfície de l'ull. Aquesta propietat manté les llàgrimes juntes fins que arriben a una mida i pes suficient per caure.

Experiment senzill

Aquí teniu un experiment senzill per demostrar la tensió superficial de l'aigua utilitzant materials comuns:

Materials necessaris:

  • Un recipient transparent (pot ser un got o una tassa)

  • Aigua

  • Un clip metàl·lic

  • Paper absorbent (per exemple, un tros de paper de cuina)

Passos a seguir:

  1. Omple el recipient amb aigua fins a la vora.

  2. Col·loca el clip metàl·lic acuradament a la superfície de l'aigua. Observa com el clip flota a causa de la tensió superficial de laigua.

  3. Pren un tros de paper absorbent i col·loca'l sobre la superfície de l'aigua, tocant el clip.

  4. Observa què passa: el paper absorbent es mullarà instantàniament mentre el clip segueix flotant. Això passa perquè l'aigua és atreta cap a les fibres del paper absorbent, trencant la tensió superficial i permetent que l'aigua ho mulli.

Aquest experiment demostra com la tensió superficial de l'aigua permet que objectes lleugers, com el clip, surin a la superfície i com la tensió superficial es trenca quan l'aigua entra en contacte amb un material que la pot absorbir, com el paper absorbent.

Autor:
Data de publicació: 4 de juliol de 2023
Última revisió: 5 de juliol de 2023