Felületi feszültséggel kapcsolatos kísérletek

1. Borotvapenge "úszása"

Helyezzünk borotvapengét, varrótűt, pénzérmét stb. víz felületére! Ezek víznél nagyobb sűrűségük ellenére sem süllyednek el. Úgy fekszenek a kissé "benyomódott" felszínen, mint valami kifeszített gumilepedőn. (Célszerű a pengét stb. előbb vékonyan bezsírozni.)

Megjegyzés:

A tárgyakat óvatosan kell a vízfelszínre helyezni, nehogy "átdöfjük" a felületi hártyát. Megkönnyíthetjük ezt az ábrán látható, hajlított drótból készített eszközzel. A hurokra helyezett forintos, zsilett stb. a víz felszínén marad akkor is, ha a dróthurkot már mélyen a vízbe nyomtuk. Ezután a drótot oldalra húzva úgy emelhetjük ki a folyadékból, hogy a felületen hagyott tárgy úszását nem zavarjuk.

2. Mosószer szétterülése a vízen

Töltsünk meg egy Petri-csészét vízzel! Szórjunk a víz felszínére hintőport! A kivetített felszínen jól látszanak a porszemcsék. Cseppentsünk ezután egy csepp mosószert a poros felületre! A csésze közepén egy tiszta "ablak" jelenik meg, a porszemcsék a csésze széle felé futnak. A mosószer levegőre vonatkoztatott felületi feszültsége ugyanis kisebb, mint a vízé, ezért a vízfelület éterrel érintkező részén a felületi feszültség csökken. A porszemcsék a nagyobb felületi feszültségű tartomány felé húzódnak.

3. Mosószeres "hajó"

Vágjunk ki vékony alumíniumlemezből (vagy papírvastagságú alufóliából) 5-6 cm hosszú hajóformát az ábra szerint! Helyezzük a víz felszínére, és cseppentsünk egy csepp mosószert az A-val jelölt helyre! A kis hajó a nyíl irányába mozgásba jön. A mosogatószer ugyanis a felületi feszültséget lokálisan megváltoztatja, a korábbi egyensúly megbomlik, és a hajó az eredő erő irányába mozdul.

4. Cérnahurok keretben

Készítsünk kb. 8-10 cm átmérőjű drótkeretet! Erősítsünk rá az ábra szerint hurkolt cérnaszálat! Mártsuk a keretet mosószeroldatba! A hártya az egész keretet beborítja. Ha a hártyát a cérnaszál egyik oldalán átlyukasztjuk, akkor a maradék hártya az ábra szerinti alakot veszi fel. A keretet ismét oldatba mártva és a cérnahurok közepét kilyukasztva a hurok kör alakra feszül (c ábra). A cérnaszál kifeszülése az energiaminimum-elvvel magyarázható. A hártya energiája akkor minimális, ha felülete a legkisebb. Ez szabja meg a cérnaszál alakját.

5. Minimálfelületek térbeli drótkereteken

A szappanhártya-kísérletek egyértelműen mutatják, hogy a felületi feszültség a folyadékhártyát (és általában a folyadék felszínét) az adott körülmények között legkisebb felületűre húzza össze. A felület energiája ugyanis ekkor a legkisebb. A minimálfelületek kialakulására sok szép kísérletet mutathatunk, ha különféle térbeli drótkereteket készítünk.

6. Gézzel fedett üveg

Egy befőttesüveget kössünk le szorosan gézlappal! A gézen keresztül öntsük csordultig vízzel az üveget, majd gyorsan fordítsuk meg úgy, hogy az üveg szájára feszülő géz vízszintes legyen! A víz nagy része az üvegben marad. Ha az üveget kissé oldalra billentjük, akkor a víz kifolyik. A jelenség magyarázata az, hogy a vízszintes helyzetű gézszita réseiben, a felületi feszültség miatt, folyamatos hártya képződik, s így a légnyomás a vizet az edényben tartja. Amikor az üveget megbillentjük, a gézlapon át levegő hatol az üvegbe, s a víz kifolyik.

7. Üveglapon lévő buborékok

Szappanoldattal megnedvesített üveglapra fújjunk buborékot.

• Figyeljük meg a buborékot, ha megdörzsölt, kissé felfújt lufit közelítünk hozzá!

• Fújjunk a buborék belsejébe még egy buborékot!

• Fújjunk két, három buborékot egymás mellé. Figyeljük meg térbeli elhelyezkedésüket, ha azok egymáshoz érnek.

8. Buborékok egyesülése és szétválása

Buborékok összeolvadása

Hozzunk létre szappanhártyát két egyforma pohár száján! A hártyát műanyag szívószállal átdöfve fújjunk buborékot a poharakra! Tegyük a két poharat egymás mellé úgy, hogy a buborékok érintkezzenek! A poharakat finoman mozgatva, dörzsöljük össze a két buborékot! A buborékok az ábrán látható módon egyetlen buborékká olvadnak össze.

A jelenség az energiaminimum-elv segítségével magyarázható: a két különálló buborék összfelülete - így felületi energiája is - nagyobb, mint az egybeolvadás után keletkezett egyetlen buboréké.

Buborékok szétválása

Egy pohár szájára fújjunk buborékot, majd nyomjunk a buborékra felülről egy másik poharat! A két poharat az ábrán látható módon széthúzva a buborék kettéválik. A buborék azért válik ketté, mert a széthúzás következtében a középső részén befűződik és instabillá válik.

Megjegyzés

A pohár szájára feszülő hártya felfújásakor a szívószálat célszerű előzőleg az oldatba mártani. Hasonló módon, a buborékok szétválasztásakor a második pohár száját érdemes a kísérlet előtt az oldatba mártani. Ekkor ugyanis kisebb a veszélye annak, hogy a kísérlet során a hártya elpattan.

9. Szappanoldat és szappanhártya kölcsönhatása

5-6 cm átmérőjű pohár (pl. feketekávés pohár) száját mártsuk szappanoldatba, majd óvatosan emeljük ki úgy, hogy a pohár szájára szappanhártya feszüljön! Csorgassunk a hártyára 6-8 cm magasságból vékony sugárban szappanoldatot! Az oldat anélkül folyik bele a pohárba, hogy a hártya elpattanna. Eközben a pohárban felgyűlő folyadék egyre inkább kiszorítja a levegőt, és a pohár száját lezáró hártya buborékká domborodik.

10. Óriás buborékok készítése

Készítsünk 4:1 oldalarányú, hosszúkás, téglalap alakú keretet pl. olyan formán, hogy gyapjúfonálra két szívószálat fűzünk! A két szívószál a keret szemben lévő, rövidebb oldala. Feszítsünk a keretre szappanhártyát, majd a keret gyors mozgatásával elérhető, hogy a hártya leszakadjon. Ilyenkor óriási buborék képződik.