วันพุธที่ 30 พฤศจิกายน พ.ศ. 2554

แรงตึงผิว (Surface tension)

แรงตึงผิว (Surface tension) คือคุณสมบัติของพื้นผิวของของเหลว เป็นสิ่งทำให้เกิดบางส่วนของพื้นผิวของเหลวถูกดึงดูด (ยึดเข้าไว้ด้วยกัน) สู่พื้นผิวอื่น เช่น พื้นผิวของเหลวส่วนอื่น (การรวมตัวของหยดน้ำหรือหยดปรอทที่แกะกันเป็นลูกกลม)

แรงตึงผิวถูกทำให้เกิดขึ้นด้วยการดึงดูด (การดึงดูดของโมเลกุลกับโมเลกุลที่เหมือนกัน) เมื่อโมเลกุลบนพื้นผิวของของเหลวไม่ได้ล้อมรอบไปด้วยโมเลกุลที่เหมือนกันในทุกๆด้านแล้ว โมเลกุลจะมีแรงดึงดูดกับโมเลกุลใกล้เคียงบนพื้นผิวมากขึ้น

แรงตึงผิวมีมิติของแรงต่อความยาวหนึ่งหน่วย หรือของพลังงานต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย ซึ่งทั้งสองมีค่าเท่ากัน แต่พลังงานต่อพื้นที่หนึ่งหน่วยอยู่ในพจน์พลังงานพื้นผิว ซึ่งเป็นพจน์ทั่วไปในนัยที่ใช้กับของแข็งไม่ค่อยใช้ในของเหลว


แมลงตัวเล็กขายาวๆ ตัวนี้เรียกว่า จิงโจ้น้ำ และเป็นแมลงที่เดินบนผิวน้ำได้ การที่จิงโจ้น้ำเดินบนผิวน้ำได้นั้นเนื่องจากบนผิวน้ำ จะมีแรงที่เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลหรือที่เรียกว่า แรงระหว่างโมเลกุล(intermolecular forces) แรงดังกล่าวนี้ทำให้โมเลกุลที่อยู่ภายในถูกโมเลกุลที่อยู่รอบๆ ดึงดูดในทุกทิศทาง ไม่มีแรงดึงไปทางใดทางหนึ่งโดยเฉพาะ แต่โมเลกุลที่อยู่บริเวณผิวหน้าของของเหลวจะถูกดึงดูดจากโมเลกุลที่อยู่ด้านข้างและด้านล่างเท่านั้น ไม่มีแรงดึงดูดขึ้นด้านบน ที่ผิวของของเหลวจึงมีแต่แรงดึงเข้าภายใน เรียกว่า แรงตึงผิว แรงดึงนี้จะพยายามดึงโมเลกุลที่ผิวหน้าของของเหลวด้วยแรงที่มากที่สุด ทำให้ผิวหน้าของของเหลวเกิดการหดตัวลง เพื่อลดพื้นที่ผิวให้เหลือน้อยแรงที่ดึงโมเลกุลที่ผิวหน้าของของเหลวเข้าภายในนี้ทำให้เกิดแรงตึงผิวขึ้น น้ำหรือของเหลวจึงสามารถพยุงวัตถุบางชนิดให้อยู่บนผิวหน้าได้ จิงโจน้ำจึงเดินบนผิวน้ำได้

แต่ไม่ใช่เพราะแรงตึงผิวของน้ำอย่างเดียว จิงโจ้น้ำยังมีลักษณะพิเศษคือ มีขายาว และที่ปลายขามีต่อมน้ำมัน รวมทั้งขนเล็กๆ จำนวนมากที่ปลายขาคู่กลางช่วยพยุงลำตัว

กิจกรรมทดลอง มหัศจรรย์น้ำยาล้างจาน

อุปกรณ์
1. จานรองถ้วยกาแฟ
2. นมสด
3. สีผสมอาหาร 4 สี
4. น้ำยาล้างจาน

วิธีทดลอง
1. เทนมลงไปในจานรองถ้วยกาแฟ
2. หยดสีผสมอาหารแต่ละสี 1-2 หยดลงในนม บริเวณขอบจาน
3. หยดน้ำยาล้างจาน 2-3 หยด บริเวณกลางจาน
4. ลองสังเกตการเคลื่อนที่ของสีแต่ละสี

น้ำนมอยู่นิ่งๆ ในจานเพราะมีแรงตึงผิว เมื่อเราเติมน้ำยาล้างจานลงไป จะทำให้แรงตึงผิวของน้ำนมลดลง แรงตึงผิวของน้ำนมบริเวณขอบจานที่มีมากกว่าตรงกลางทำให้น้ำนมไหลไปที่ขอบจานและพาสีผสมอาหารไปด้วย สีต่างๆ ก็เลยเกิดการเคลื่อนที่ จนกว่าน้ำยาล้างจานจะละลายไปจนหมดนั่นเอง