ללכת על המים

לחצו על התמונה להגדלתה (הגדל)
לחצו על התמונה להגדלתה

בצילום ניתן לראות 2 אטבים צפים על פני המים ואטב שלישי מונח בתחתית הכלי. שני האטבים הצפים פניהם מועדות צפונה כפי שניתן לראות במצפן.

 

ציפת גופים, במקרה שלנו ציפת אטב פלדה על מים מדגימה תכונה מיוחדת שמתחוללת בפני השטח של המים. התכונה הזו של מים נובעת מהכוחות הבין מולקולריים הפועלים על מולקולות המים הנמצאות על פני הנוזל. מולקולות הנמצאות מתחת לפני השכבה העליונה של המים נמשכות במידה שווה על ידי מולקולות הנמצאות מכל עבריהן, ואילו מולקולות הנמצאות על פני השטח של הנוזל נמשכות רק על ידי מולקולות הנמצאות לידן או מתחתן והגורם היחיד שמביא למצב של התמדה (שקול כוחות שווה אפס) הוא הכוח שמתנגד לדחיסתן של המולקולות. הכוח המושך את המולקולות מפני השטח אל תוך הנוזל גורם לשטח הפנים להתכווץ ולהתנהג כמו קרום.

 

תכונה זו של המים מכונה כוח מתח הפנים הקרום מתכווץ בגלל כוח המתח הפנים ולכן יכול לאזן את כוח המשיכה הכובדי שפועל על האטב ולהחזיקו במצב של ציפה על פני המים.

 

התופעה השנייה שמתוארת בצילום היא פניית אטבי הפלדה לכיוון צפון (ניראה לפי המצפן) תופעה זו נגרמת בגלל שהאטבים עשויים מתכת עם רמה של מגנטיות שיורית אשר נמשכים על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ ופועלים כמחט מצפן- קוטב המגנטי הצפוני של אטב ימשך לקוטב הדרומי המגנטי של כדור הארץ ולהפך ולכן גם שנסובב את כלי המים האטב תמיד יפנה את ראשו לכיוון הקוטב הצפוני של כדור הארץ.

 

עוד על מתח פנים

בכל נוזל כוחות בין מולקולאריים יגרמו למולקולות הנוזל להמשך זו לזו. כוחות אלה ידועים בשם "כוחות מלכדים" ( cohesive forces). בתוך הנוזל מולקולה מוקפת מכל הכיוונים במולקולות אחרות ולכן כוחות המשיכה מבטלים זה את זה והכוח השקול על מולקולה כזו הוא אפס. לעומת זאת, על מולקולה הנמצאת על פני המשטח המפריד בין הנוזל לבין תווך אחר, כמו אוויר למשל, פועלים כוחות המשיכה רק כלפי מולקולות הנוזל ולכן שקול הכוחות הפועלים עליה יהיה כלפי פנים הנוזל (ראו איור).

 

כתוצאה מכך מתנהגת השכבה החיצונית של הנוזל כמו קרום מתוח, בדומה להתנהגות של בלון מלא, הנוטה לצמצם את שטח הפנים שלו. שינוי במתח הפנים, בדומה לניפוח או התכווצות של בלון, משנה את האנרגיה האלסטית של פני הנוזל.

 

אפשר אם כן להגדיר את מתח הפנים על ידי תוספת האנרגיה (בג'אולים) הדרושה כדי להגדיל את שטח פני הנוזל ביחידה אחת (מטר רבוע).

 

תוצאת ההתנגשות בין טיפת נוזל הנופלת ופוגעת במשטח של נוזל תלויה במהירות הפגיעה ובמאפייני מתח הפנים של הטיפה ושל הנוזל. ההתנגשות של טיפת נוזל עם משטח של נוזל יכולה להסתיים בכך שהטיפה תצוף על פני הנוזל, תקפץ מפני הנוזל, תיטמע בפני הנוזל או תתנפץ על פניו.