טיפה של פרח

צילום: גיל מיטל
הסבר: גיל מיטל בעריכה של ד"ר ירון להבי
לחצו על התמונה להגדלתה (הגדל)
לחצו על התמונה להגדלתה

הסבר של התלמיד:

בתמונה ניתן לראות 3 תופעות פיזיקאליות שונות בטיפת מים.

 

  1. צורתה הכדורית של הטיפה - צורת הטיפה (כדורית) נובעת ממתח הפנים של נוזל. מולקולות המים נמשכות למולקולות אחרות המשיכה חשמלית נוצרת כיוון שלמולקולת המים יש קיטוב גדול וקבוע ובכך משיכה בין המולקולות מכל הכיוונים כך שסכום כוחות על מולקולה אחת שווה ל- 0. מולקולת נוזל הנמצאת על פני השטח נמשכת רק לכיוון פנים הנוזל. כאשר הנוזל נמצא בשטח פנים מינימאלי גם האנרגיה היא מינימאלית לכן יש שאיפה של הנוזל להיות במצב של שטח פנים מינימאלי והוא מסודר בצורת כדורית או קמורה.

  2. הטיפה לא נופלת מהעלה - הטיפה נמצאת בהתמדה, כוח המשיכה של כדור הארץ מושך אותה כלפי מטה ולעומתו כוח האדהזיה הפועל בין מולקולות שטח הפנים של הטיפה לעלה מושך אותה כלפי מעלה.גם בין מולקולת המים לעלה יש משיכה כיוון שלמולקולות המים יש קוטביות חשמלית ולמולקולות העלה גם כן יש קוטביות ונוצרת משיכה בין המולקולות.

  3. הטיפה כעדשה - הטיפה מתפקדת כעדשה כדורית דו קמורה, עדשה מרכזת, ניתן לראות דרכה את דמות הפרח, מכיוון שהפרח רחוק יותר מפעמיים רוחק המוקד מתקבלת דמות ממשית הפוכה ומוקטנת.

הרחבה

 

הטיפה המופיעה בצילום היא בעלת צורה כדורית. היווצרות צורה זו מוסברת כך: התכדרות הטיפה נובעת מכוחות משיכה בין מולקולות המים. מולקולה שנמצאת בתוך הטיפה נמשכת באופן שווה לכל הכיוונים על ידי המולקולות שמקיפות אותה ואילו המולקולות על שפת הטיפה נמשכות פנימה אל שכנותיהן - זהו המקור למתח פנים.  

מתח פנים- הוא גודל פיזיקלי שנמדד ביח' כוח ליח' אורך, או ביח' של אנרגיה ליח' שטח. זאת אומרת שמתח הפנים מבטא את כמות האנרגיה הדרושה כדי להגדיל את שטח הפּנים ביחידת שטח אחת.

 

בגלל שהמבנה הכדורי הוא בעל שטח פנים נמוך לנפח נתון-ניתן להבין כי זהו גם המצב בעל אנרגיית הפנים הנמוכה ביותר.

 

הפיזיקאי הבריטי תומס יאנג ערך כמה ניסויים והגיע למשוואה האומרת שככל שמתח הפנים בין הנוזל לאוויר גבוה יותר כך יראה הנוזל מכודרר יותר (בהרטבה מועטה-הנוזל יתכדרר יותר מאשר בהרטבה רבה).

הסבר מלא של התופעה אפשר למצוא ב "תהודה"