التوتر السطحي والخاصية الشعرية – تجربة المجهر المتنقل

ماذا تعرض

يتصرّف سطح السائل كغشاء مشدود: فعلى امتداد أي خط فيه يسحب التوتر السطحي γ بقوة مقدارها γ لكل متر. وفي أنبوب زجاجي ضيّق يلتقي السطح بالجدار بزاوية التماس θ، فيرتفع السائل (θ < 90°، الماء) أو ينخفض (θ > 90°، الزئبق) حتى h = 2γcosθ/(ρgr). ويرفع السطح المنحني أيضًا الضغط داخله بمقدار 2γ/r، أو 4γ/r لغشاء الصابون ذي السطحين. ويخفض التسخين والمنظّفات قيمة γ. يُهمل النموذج حجم الهلالة وقوة الطفو على الإبرة.

طريقة الاستخدام

في «الارتفاع الشعري (عملي)» حرّك المجهر بـ«المجهر – التدريج الأفقي x» و«المجهر – التدريج الرأسي y» أو المس صورة الكأس. طابِق تقاطع الشعرتين مع كل حافة واضغط «سجّل القراءة» في الخطوات الأربع؛ يعطي كل أنبوب صفًا في الجدول. غيّر «السائل» و«درجة الحرارة T» و«تركيز المنظّف c» وقارن. وتتناول التبويبات الأخرى القطرات والفقاعات والإبرة الطافية.

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة الارتفاع الشعري (عملي), القطرات والفقاعات, الإبرة الطافية
• السائل الماء, الإيثانول, الزئبق
• درجة الحرارة 0–80 °C
• تركيز المنظّف 0–10 mmol/L
• السطح المنحني قطرة سائل, فقاعة هواء في السائل, فقاعة صابون
• نصف قطر القطرة أو الفقاعة 0.1–50 mm
• قطر الإبرة 0.2–2 mm

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يرتفع الماء أكثر في الأنبوب الأضيق بينما ينخفض الزئبق؟
2. كيف تغيّر إضافة المنظّف الارتفاع الشعري، ولماذا؟
3. لماذا يكون فرق الضغط في فقاعة الصابون ضعف ما في قطرة لها نصف القطر نفسه؟