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:
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.
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.
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.
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.
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:
Omple el recipient amb aigua fins a la vora.
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.
Pren un tros de paper absorbent i col·loca'l sobre la superfície de l'aigua, tocant el clip.
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.
