Pelajaran ini akan membahas zat cair dan sifat-sifatnya. Dari sudut pandang fisika modern, cairan adalah subjek penelitian yang paling sulit, karena dibandingkan dengan gas tidak mungkin lagi membicarakan energi interaksi antar molekul yang dapat diabaikan, dan dibandingkan dengan padatan tidak mungkin lagi membicarakan energi interaksi antar molekul. susunan molekul cairan yang teratur (tidak ada keteraturan jangka panjang dalam cairan) . Hal ini mengarah pada fakta bahwa cairan memiliki sejumlah sifat menarik dan manifestasinya. Salah satu properti tersebut akan dibahas dalam pelajaran ini.

Untuk memulainya, mari kita bahas sifat-sifat khusus yang dimiliki molekul-molekul di lapisan permukaan suatu cairan dibandingkan dengan molekul-molekul yang terletak di dalam volume.

Beras. 1. Perbedaan antara molekul lapisan permukaan dan molekul yang terletak di sebagian besar zat cair

Mari kita perhatikan dua molekul A dan B. Molekul A berada di dalam cairan, molekul B berada di permukaannya (Gbr. 1). Molekul A dikelilingi secara seragam oleh molekul-molekul cairan lainnya, oleh karena itu gaya-gaya yang bekerja pada molekul A dari molekul-molekul yang jatuh ke dalam lingkup interaksi antarmolekul dikompensasi, atau resultannya sama dengan nol.

Apa yang terjadi pada molekul B yang terletak di permukaan cairan? Ingatlah bahwa konsentrasi molekul gas yang terletak di atas cairan jauh lebih kecil daripada konsentrasi molekul cair. Molekul B dikelilingi di satu sisi oleh molekul cair, dan di sisi lain oleh molekul gas yang sangat dijernihkan. Karena lebih banyak molekul yang bekerja padanya dari sisi cairan, resultan semua gaya antarmolekul akan diarahkan ke dalam cairan.

Jadi, agar molekul dari kedalaman cairan dapat memasuki lapisan permukaan, perlu dilakukan usaha melawan gaya antarmolekul yang tidak terkompensasi.

Ingatlah bahwa usaha adalah perubahan energi potensial yang diambil dengan tanda minus.

Artinya molekul-molekul di lapisan permukaan, dibandingkan dengan molekul-molekul di dalam cairan, mempunyai energi potensial berlebih.

Kelebihan energi ini merupakan komponen energi dalam zat cair dan disebut energi permukaan. Ini ditetapkan sebagai , dan diukur, seperti energi lainnya, dalam joule.

Jelasnya, semakin besar luas permukaan zat cair, semakin banyak molekul yang mempunyai energi potensial berlebih, sehingga semakin besar pula energi permukaannya. Fakta tersebut dapat ditulis dalam bentuk relasi berikut:

,

dimana adalah luas permukaan, dan merupakan koefisien proporsionalitas, yang akan kita sebut koefisien tegangan permukaan, koefisien ini mencirikan cairan tertentu. Mari kita tuliskan definisi tegas tentang besaran ini.

Tegangan permukaan suatu zat cair (koefisien tegangan permukaan zat cair) adalah besaran fisis yang mencirikan suatu zat cair dan sama dengan perbandingan energi permukaan dengan luas permukaan zat cair.

Koefisien tegangan permukaan diukur dalam newton dibagi meter.

Mari kita bahas apa yang menentukan koefisien tegangan permukaan suatu zat cair. Pertama-tama, mari kita ingat bahwa koefisien tegangan permukaan mencirikan energi interaksi spesifik molekul, yang berarti bahwa faktor-faktor yang mengubah energi ini juga akan mengubah koefisien tegangan permukaan zat cair.

Jadi, koefisien tegangan permukaan bergantung pada:

1. Sifat cairan (cairan "yang mudah menguap", seperti eter, alkohol, dan bensin, memiliki tegangan permukaan yang lebih kecil dibandingkan cairan "tidak mudah menguap" - air, merkuri, dan logam cair).

2. Temperatur (semakin tinggi temperatur maka tegangan permukaan semakin rendah).

3. Adanya surfaktan yang menurunkan tegangan permukaan (surfaktan), seperti sabun atau deterjen.

4. Sifat gas yang berbatasan dengan cairan.

Perhatikan bahwa koefisien tegangan permukaan tidak bergantung pada luas permukaan, karena untuk satu molekul dekat permukaan, tidak masalah berapa banyak molekul serupa yang ada di sekitarnya. Perhatikan tabel yang menunjukkan koefisien tegangan permukaan berbagai zat pada suhu:

Tabel 1. Koefisien tegangan permukaan zat cair pada antarmuka dengan udara, di

Jadi, molekul-molekul di lapisan permukaan memiliki energi potensial berlebih dibandingkan dengan molekul-molekul di sebagian besar cairan. Dalam mata kuliah mekanika ditunjukkan bahwa suatu sistem cenderung memiliki energi potensial minimum. Misalnya benda yang dilempar dari ketinggian tertentu akan cenderung terjatuh. Selain itu, Anda merasa jauh lebih nyaman saat berbaring, karena dalam hal ini pusat massa tubuh Anda berada serendah mungkin. Apa akibat dari keinginan untuk mengurangi energi potensial seseorang dalam kasus zat cair? Karena energi permukaan bergantung pada luas permukaan, maka tidak menguntungkan jika cairan apa pun memiliki luas permukaan yang besar. Dengan kata lain, dalam keadaan bebas, zat cair akan cenderung mengecilkan permukaannya.

Anda dapat dengan mudah memverifikasi ini dengan bereksperimen dengan film sabun. Jika Anda mencelupkan kerangka kawat tertentu ke dalam larutan sabun, lapisan sabun akan terbentuk di atasnya, dan lapisan film tersebut akan berbentuk sedemikian rupa sehingga luas permukaannya minimal (Gbr. 2).

Beras. 2. Gambar dari larutan sabun

Anda dapat memverifikasi keberadaan gaya tegangan permukaan menggunakan eksperimen sederhana. Jika seutas benang diikatkan pada cincin kawat di dua tempat, sehingga panjang benang sedikit lebih besar dari panjang tali busur yang menghubungkan titik-titik pemasangan benang, dan celupkan cincin kawat ke dalam larutan sabun (Gbr. 2). 3a), lapisan sabun akan menutupi seluruh permukaan cincin dan benang akan terletak pada lapisan sabun. Jika sekarang Anda merobek lapisan film pada salah satu sisi benang, lapisan sabun yang tersisa pada sisi benang yang lain akan berkontraksi dan mengencangkan benang (Gbr. 3b).

Beras. 3. Eksperimen untuk mendeteksi gaya tegangan permukaan

Kenapa ini terjadi? Faktanya adalah larutan sabun yang tersisa di atas, yaitu cairan, cenderung memperkecil luas permukaannya. Dengan demikian, benang ditarik ke atas.

Jadi, kami yakin akan adanya tegangan permukaan. Sekarang mari kita pelajari cara menghitungnya. Untuk melakukan ini, mari kita lakukan eksperimen pemikiran. Mari kita turunkan bingkai kawat ke dalam larutan sabun, yang salah satu sisinya dapat digerakkan (Gbr. 4). Kami akan meregangkan lapisan sabun dengan memberikan gaya pada sisi bingkai yang bergerak. Jadi, tiga gaya bekerja pada palang - sebuah gaya eksternal dan dua gaya tegangan permukaan yang bekerja di sepanjang setiap permukaan film. Dengan menggunakan hukum kedua Newton, kita dapat menuliskannya

Beras. 4. Perhitungan gaya tegangan permukaan

Jika, di bawah pengaruh gaya luar, palang bergerak agak jauh, maka gaya luar tersebut akan melakukan usaha

Secara alami, akibat kerja ini, luas permukaan film akan bertambah, yang berarti energi permukaan juga akan meningkat, yang dapat kita tentukan melalui koefisien tegangan permukaan:

Perubahan luas pada gilirannya dapat ditentukan sebagai berikut:

dimana adalah panjang bagian rangka kawat yang dapat digerakkan. Dengan mengingat hal ini, kita dapat menulis bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya luar adalah sama dengan

Menyamakan ruas kanan pada (*) dan (**), kita memperoleh persamaan gaya tegangan permukaan:

Jadi, koefisien tegangan permukaan secara numerik sama dengan gaya tegangan permukaan yang bekerja per satuan panjang garis yang membatasi permukaan.

Jadi, kita sekali lagi yakin bahwa zat cair cenderung berbentuk sedemikian rupa sehingga luas permukaannya menjadi minimal. Dapat ditunjukkan bahwa untuk volume tertentu luas permukaan bola akan menjadi minimal. Jadi, jika tidak ada gaya lain yang bekerja pada zat cair atau pengaruhnya kecil, zat cair akan cenderung berbentuk bola. Misalnya, air akan berperilaku seperti ini dalam keadaan tanpa bobot (Gbr. 5) atau dalam gelembung sabun (Gbr. 6).

Beras. 5. Air dalam keadaan tanpa bobot

Beras. 6. Gelembung sabun

Adanya gaya tegangan permukaan juga dapat menjelaskan mengapa jarum logam “terletak” di permukaan air (Gbr. 7). Sebuah jarum, yang ditempatkan dengan hati-hati pada suatu permukaan, akan merusak bentuknya, sehingga menambah luas permukaan tersebut. Dengan demikian, timbul gaya tegangan permukaan yang cenderung mengurangi perubahan luas tersebut. Gaya resultan tegangan permukaan akan diarahkan ke atas, dan akan mengimbangi gaya gravitasi.

Beras. 7. Jarum di permukaan air

Prinsip pengoperasian pipet dapat dijelaskan dengan cara yang sama. Tetesan yang dipengaruhi gravitasi tertarik ke bawah sehingga menambah luas permukaannya. Secara alami, gaya tegangan permukaan muncul, yang resultannya berlawanan dengan arah gravitasi, dan mencegah tetesan tersebut meregang (Gbr. 8). Saat Anda menekan tutup karet pipet, Anda menciptakan tekanan tambahan, yang membantu gravitasi, dan akibatnya, tetesannya jatuh.

Beras. 8. Cara kerja pipet

Mari kita beri contoh lain dari kehidupan sehari-hari. Jika Anda mencelupkan kuas cat ke dalam segelas air, bulu-bulunya akan mengembang. Jika sekarang Anda mengeluarkan sikat ini dari air, Anda akan melihat bahwa semua bulu menempel satu sama lain. Hal ini disebabkan luas permukaan air yang menempel pada sikat akan menjadi minimal.

Dan satu contoh lagi. Jika Anda ingin membangun kastil dari pasir kering, kemungkinan besar Anda tidak akan berhasil, karena pasir tersebut akan hancur karena pengaruh gravitasi. Namun jika pasir basah, bentuknya akan tetap dipertahankan karena adanya gaya tegangan permukaan air di antara butiran pasir.

Terakhir, kami mencatat bahwa teori tegangan permukaan membantu menemukan analogi yang indah dan sederhana untuk memecahkan masalah fisika yang lebih kompleks. Misalnya, ketika Anda perlu membangun struktur yang ringan namun kuat, fisika dari apa yang terjadi dalam gelembung sabun bisa membantu. Dan model inti atom pertama yang memadai dapat dibuat dengan menyamakan inti atom ini dengan setetes cairan bermuatan.

Bibliografi

1. G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky. "Fisika 10". - M.: Pendidikan, 2008.
2. Ya.E. Geguzin “Gelembung”, Perpustakaan Kuantum. - M.: Nauka, 1985.
3. B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky “Dasar-Dasar Fisika” vol.
4. G. S. Landsberg “Buku teks dasar fisika” vol.

1. Nkj.ru().
2. Youtube.com().
3. Youtube.com().
4. Youtube.com().

Pekerjaan rumah

1. Setelah menyelesaikan soal-soal pelajaran ini, Anda dapat mempersiapkan soal 7,8,9 UN dan soal A8, A9, A10 UN Unified State.
2. Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fisika. Kumpulan Soal Kelas 10" 5.34, 5.43, 5.44, 5.47()
3. Berdasarkan soal 5.47, tentukan koefisien tegangan permukaan air dan larutan sabun.

Daftar pertanyaan dan jawaban

Pertanyaan: Mengapa tegangan permukaan berubah seiring suhu?

Menjawab: Ketika suhu meningkat, molekul-molekul cairan mulai bergerak lebih cepat, dan oleh karena itu molekul-molekul lebih mudah mengatasi gaya tarik-menarik potensial. Hal ini menyebabkan penurunan gaya tegangan permukaan, yaitu gaya potensial yang mengikat molekul-molekul lapisan permukaan suatu zat cair.

Pertanyaan: Apakah koefisien tegangan permukaan bergantung pada massa jenis zat cair?

Menjawab: Ya, benar, karena energi molekul di lapisan permukaan cairan bergantung pada kepadatan cairan.

Pertanyaan: Metode apa yang ada untuk menentukan koefisien tegangan permukaan suatu zat cair?

Menjawab: Dalam pelajaran sekolah, mereka mempelajari dua cara untuk menentukan koefisien tegangan permukaan suatu zat cair. Yang pertama adalah metode merobek kawat, prinsipnya dijelaskan pada soal 5.44 dari pekerjaan rumah, yang kedua adalah metode penghitungan tetesan, dijelaskan pada soal 5.47.

Pertanyaan: Mengapa gelembung sabun pecah setelah beberapa saat?

Menjawab: Faktanya adalah bahwa setelah beberapa waktu, di bawah pengaruh gravitasi, gelembung di bagian bawah menjadi lebih tebal daripada di bagian atas, dan kemudian, di bawah pengaruh penguapan, gelembung itu pecah di beberapa titik. Hal ini mengarah pada fakta bahwa seluruh gelembung, seperti balon, runtuh di bawah pengaruh gaya tegangan permukaan yang tidak terkompensasi.

DEFINISI

Tegangan permukaan- keinginan zat cair untuk memperkecil permukaan bebasnya, mis. mengurangi kelebihan energi potensial pada antarmuka dengan fase gas.

Mari kita jelaskan mekanisme tegangan permukaan dalam cairan. Cairan, tidak seperti gas, tidak memenuhi seluruh volume wadah tempat ia dituangkan. Antarmuka terbentuk antara cairan dan gas (atau uap), yang berada dalam kondisi khusus dibandingkan dengan cairan lainnya. Mari kita perhatikan dua molekul A dan B. Molekul A berada di dalam cairan, molekul B berada di permukaannya (Gbr. 1). Molekul A dikelilingi secara seragam oleh molekul-molekul cairan lainnya, oleh karena itu gaya-gaya yang bekerja pada molekul A dari molekul-molekul yang berada dalam lingkup interaksi antarmolekul dikompensasi, atau dengan kata lain, resultannya sama dengan nol. Molekul B dikelilingi di satu sisi oleh molekul cair, dan di sisi lain oleh molekul gas, yang konsentrasinya jauh lebih rendah daripada konsentrasi molekul cair. Karena ada lebih banyak molekul yang bekerja pada molekul B di sisi cair daripada di sisi gas, resultan semua gaya antarmolekul tidak lagi sama dengan nol dan akan diarahkan ke dalam volume cairan. Jadi, agar molekul dari kedalaman cairan dapat memasuki lapisan permukaan, perlu dilakukan usaha melawan gaya antarmolekul yang tidak terkompensasi. Artinya molekul-molekul lapisan permukaan dibandingkan dengan molekul-molekul di dalam cairan mempunyai kelebihan energi potensial yang disebut energi permukaan.

Jelasnya, semakin besar luas permukaan zat cair, semakin banyak molekul yang mempunyai energi potensial berlebih, sehingga semakin besar pula energi permukaannya. Fakta tersebut dapat ditulis dalam bentuk relasi berikut:

dimana adalah energi permukaan zat cair, luas permukaan bebas zat cair dan koefisien proporsionalitas, yang disebut koefisien tegangan permukaan.

Koefisien tegangan permukaan

DEFINISI

Koefisien tegangan permukaan adalah besaran fisis yang mencirikan suatu zat cair dan secara numerik sama dengan rasio energi permukaan terhadap luas permukaan bebas zat cair:

Satuan SI untuk tegangan permukaan adalah .

Koefisien tegangan permukaan suatu zat cair bergantung: 1) pada sifat zat cair (cairan yang mudah menguap seperti eter, alkohol, bensin memiliki koefisien tegangan permukaan yang lebih kecil daripada cairan yang tidak mudah menguap seperti air, merkuri); 2) pada suhu zat cair (semakin tinggi suhunya, semakin rendah tegangan permukaannya); 3) tentang sifat-sifat gas yang berbatasan dengan cairan tertentu; 4) dari adanya surfaktan seperti sabun atau bubuk pencuci, yang mengurangi tegangan permukaan. Perlu juga dicatat bahwa koefisien tegangan permukaan tidak bergantung pada luas permukaan bebas zat cair.

Dari ilmu mekanika diketahui bahwa keadaan setimbang suatu sistem berhubungan dengan nilai minimum energi potensialnya. Karena tegangan permukaan, zat cair selalu berbentuk dengan luas permukaan minimum. Jika tidak ada gaya lain yang bekerja pada zat cair atau pengaruhnya kecil, zat cair akan cenderung berbentuk bola, seperti setetes air atau gelembung sabun. Air juga akan berperilaku dalam gravitasi nol. Zat cair berperilaku seolah-olah gaya yang bekerja secara tangensial terhadap permukaannya sedang berkontraksi (menarik) permukaan tersebut. Kekuatan-kekuatan ini disebut gaya tegangan permukaan.

Itu sebabnya koefisien tegangan permukaan juga dapat didefinisikan sebagai modulus gaya tegangan permukaan yang bekerja per satuan panjang kontur yang membatasi permukaan bebas zat cair:

Adanya gaya tegangan permukaan membuat permukaan cairan tampak seperti film elastis yang diregangkan, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa gaya elastis dalam film bergantung pada luas permukaannya (yaitu pada bagaimana film tersebut berubah bentuk), dan permukaannya. gaya tegangan tidak bergantung pada luas permukaan zat cair. Jika Anda meletakkan jarum jahit di atas permukaan air, permukaan tersebut akan bengkok dan mencegahnya tenggelam. Aksi gaya tegangan permukaan dapat menjelaskan gesernya serangga ringan, seperti alang-alang air, di sepanjang permukaan waduk (Gbr. 2). Kaki water strider merusak permukaan air, sehingga menambah luasnya. Akibatnya timbul gaya tegangan permukaan yang cenderung mengurangi perubahan luas tersebut. Gaya resultan tegangan permukaan akan diarahkan ke atas, mengimbangi gaya gravitasi.

Prinsip pengoperasian pipet didasarkan pada aksi gaya tegangan permukaan (Gbr. 3). Tetesan yang dipengaruhi gravitasi tertarik ke bawah sehingga menambah luas permukaannya. Secara alami, gaya tegangan permukaan muncul, yang resultannya berlawanan dengan arah gravitasi, dan mencegah tetesan tersebut meregang. Saat Anda menekan tutup karet pipet, tekanan tambahan tercipta, yang membantu gravitasi, menyebabkan tetesan jatuh.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan	Sebuah cincin aluminium tipis dengan jari-jari 7,8 cm bersentuhan dengan larutan sabun. Dengan kekuatan apa Anda dapat merobek cincin dari larutan tersebut? Anggaplah suhu larutan adalah suhu kamar. Berat cincin 7 g.
Larutan	Mari kita menggambarnya. Gaya-gaya berikut bekerja pada cincin: gravitasi, tegangan permukaan, dan gaya luar. Karena cincin bersentuhan dengan larutan pada sisi luar dan dalam, gaya tegangan permukaan sama dengan: Panjang kontur yang membatasi permukaan zat cair dalam hal ini sama dengan keliling cincin: Dengan mempertimbangkan yang terakhir, gaya tegangan permukaan: Syarat lepasnya cincin dari permukaan larutan berbentuk: Dari tabel koefisien tegangan permukaan larutan sabun pada suhu kamar. Percepatan gravitasi Mari kita ubah satuannya ke sistem SI: jari-jari cincin, massa cincin kg. Mari kita hitung:
Menjawab	Untuk melepaskan cincin dari larutan. gaya sebesar 0,11 N harus diterapkan.

CONTOH 2

Latihan	Berapa energi yang dilepaskan ketika tetesan air kecil berjari-jari mm bergabung menjadi satu tetesan berjari-jari 2 mm?
Larutan	Perubahan energi potensial lapisan permukaan tetesan akibat berkurangnya luas permukaan tetesan ketika bergabung menjadi satu tetesan adalah sama dengan: Di mana luas permukaan semua tetesan kecil, luas permukaan tetesan besar, koefisien tegangan permukaan air. Jelas bahwa: dimana r adalah jari-jari tetesan kecil, R adalah jari-jari tetesan besar, dan n adalah banyaknya tetesan kecil. Massa setetes kecil: massa setetes besar: Karena tetesan-tetesan kecil bergabung menjadi satu tetesan besar, kita dapat menulis: dari mana datangnya jumlah tetesan kecil: dan luas permukaan semua tetesan kecil adalah: Sekarang mari kita cari jumlah energi yang dilepaskan ketika tetesan-tetesan tersebut bergabung: Dari tabel koefisien tegangan permukaan air. Mari kita ubah satuannya ke sistem SI: radius tetesan kecil radius tetesan besar. Mari kita hitung:
Menjawab	Ketika tetesan bergabung, energi J dilepaskan.

CONTOH 3

Latihan	Tentukan koefisien tegangan permukaan minyak yang massa jenisnya sama dengan , jika diperoleh 304 tetes ketika minyak dilewatkan melalui pipet. Diameter leher pipet adalah 1,2 mm.
Larutan	Setetes minyak keluar dari pipet ketika gravitasi sama dengan tegangan permukaan:

“Kami menemukan fenomena seperti setetes air (dalam artikel “Setetes air - sebagaimana adanya” dan “Berapa berat setetes air”). Ketegangan permukaan bertanggung jawab atas bentuk bola air. Mari kita coba membahas tentang filter air hari ini, tegangan permukaan dan kesehatan. Mari kita lihat apakah ada hubungan yang penting (atau berguna) di sini. Dan pada saat yang sama kita akan menonton video air dalam gravitasi nol.

Tegangan permukaan air dan kesehatan jarang berjalan bersamaan. Biasanya ada “mineral dan kesehatan”, “air hidup dan air mati”, “dan”, “potensi reduksi oksidasi dan kesehatan” dan seterusnya. Yang menurut kami agak aneh :)

Ada pendapat: penurunan tegangan permukaan air berdampak lebih buruk (lebih baik) bagi manusia. Dan alasannya adalah filter air. Karena mereka mengubahnya.

Ketegangan adalah penerapan gaya pada sesuatu dalam arah yang berbeda. Misalnya, sepuluh orang menarik selembar kertas ke arah yang berbeda. Ketegangan lembaran meningkat. Anda bahkan dapat mencoba melompat ke atas lembaran dari ketinggian dan tidak memukul diri sendiri terlalu keras :)

Ketegangan permukaan air - gaya menarik permukaan ke arah yang berbeda.

Ternyata permukaan airnya memanjang? Karena apa yang diregangkan, apa yang bisa dikatakan “menarik lembaran”? Karena struktur molekul air. Seperti yang Anda ingat, molekul air memiliki kutub positif dan negatif. Yang membentuk ikatan hidrogen satu sama lain.

Dalam volume cairan, molekul tertarik dari mana-mana, gaya tarik menariknya seimbang. Dan di permukaan, ketegangan hanya datang dari “bawah”. Kekuatannya tidak seimbang, permukaannya tertarik ke arah dirinya sendiri. Dan ketika gravitasi tidak mengganggunya (misalnya, dalam kondisi tanpa bobot), gaya ini mencapai tujuannya, air dalam tanpa bobot berubah menjadi bola.

Jika tidak: molekul-molekul di lapisan batas, tidak seperti molekul-molekul di kedalamannya, hanya setengah dikelilingi. Ikatan hidrogen menariknya ke dalam dan mengencangkan permukaannya. Kira-kira sama saja jika 10 orang kita membungkus dirinya dengan kain dan menariknya sekuat tenaga. Mereka akan membentuk sesuatu seperti bola. Namun di antara manusia ada ruang kosong yang bisa memuat selembar kain. Tapi air tidak memiliki rongga. Jadi kita mendapatkan bola yang sempurna :)

Jika kita menggali lebih dalam: jika sebuah molekul bergerak dari permukaan ke dalam cairan, gaya interaksi antarmolekul akan melakukan kerja positif. Sebaliknya, untuk menarik sejumlah molekul dari kedalaman cairan ke permukaan (yaitu, untuk meningkatkan luas permukaan cairan), perlu dilakukan kerja positif gaya eksternal, sebanding terhadap perubahan luas permukaan. Jadi, gaya tegangan permukaan sama dengan gaya yang harus diterapkan untuk menambah luas permukaan per satuan luas. Sebagai acuan: tegangan permukaan air adalah 0,07286 N/m.

Contoh tegangan permukaan dari Wikipedia:

1. Dalam gravitasi nol, tetesan air berbentuk bola (bola memiliki luas permukaan terkecil di antara semua benda dengan kapasitas yang sama).
2. Aliran air “saling menempel” ke dalam sebuah silinder.
3. Benda-benda kecil yang massa jenisnya lebih besar dari massa jenis zat cair dapat “mengambang” di permukaan zat cair, karena gaya gravitasi lebih kecil daripada gaya yang mencegah bertambahnya luas zat cair. Jadi, sebuah jarum atau koin kecil bisa mengapung di permukaan air.
4. Beberapa serangga (misalnya, anggang air) mampu bergerak melalui air, tetap berada di permukaannya karena gaya tegangan permukaan.
5. Di banyak permukaan, yang disebut tidak dibasahi, air (atau cairan lainnya) terkumpul dalam bentuk tetesan.

Sekarang mari beralih ke filter dan tegangan permukaan air.

Mungkinkah ada hubungannya dengan tegangan permukaan?

Mari kita berjalan melewati air.

• Air pertama-tama dialirkan ke filter kasar, tempat pasir dan partikel proporsional lainnya dihilangkan.
• Selanjutnya, air paling sering melewati filter karbon aktif. Klorin (jika ada) dan bahan organik (jika batubara dapat melakukannya) telah dihilangkan.
• Biasanya osmosis balik lebih lanjut merupakan penghalang semi-permeabel; Air murni mengalir ke dalam gelas, dan garam lainnya, dll. dibuang ke saluran pembuangan.

Pada tahap apa terjadi sesuatu pada air yang mengubah kemampuannya untuk menahan diri? Artinya, apakah tegangan permukaan berubah? Jika hal ini terjadi, berarti air berada pada tahap osmosis balik, karena air diperas melalui serat-serat yang sangat kecil dan entah bagaimana berputar.

Kira-kira hal yang sama terjadi selama perebusan (juga pemurnian air) - volume air dipecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan relatif tidak bergerak. Omong-omong, hasilnya adalah air yang diaktifkan suhu. Yang menurut sejumlah peneliti, memiliki tegangan permukaan lebih kecil dibandingkan sumber airnya.

Sayangnya, kami tidak menemukan data akurat mengenai seberapa besar penurunan tegangan permukaan selama perebusan atau pemurnian dengan osmosis balik.

Contoh lainnya adalah pengolahan air elektromagnetik. Di sini penurunan tegangan permukaan dikonfirmasi oleh eksperimen yang menarik. Dengan demikian, tanaman yang disiram air payau tidak akan tumbuh dengan baik. Alasannya adalah sulitnya mereka menimba air dengan garam; garam tidak mengeluarkan air dengan baik ke dalam tanaman. Namun, air payau setelah perlakuan elektromagnetik lebih mudah masuk ke dalam tanaman, dan tekanannya tidak terlalu kuat.

Namun, tidak ada data numerik atau eksperimen di sini juga.

Sekarang kembali ke pertanyaan utama:

Apakah tegangan permukaan dan kesehatan berhubungan?

Sekali lagi, tidak ada data eksperimen. Namun hal tersebut dapat diasumsikan secara teoritis, berdasarkan pengetahuan kita tentang tegangan permukaan air.

Jadi, semakin rendah tegangan permukaan air, semakin baik penyerapannya ke dalam sel (karena tidak menahan atau mengganggu tegangan permukaan). Akibatnya, produk metabolisme dan zat berbahaya lainnya akan dikeluarkan dari sel lebih cepat. Secara umum, tubuh akan lebih sehat dibandingkan tubuh yang produk metabolisme dan zat beracunnya dihilangkan lebih lambat.

Jadi kesimpulannya sederhana:

Sekalipun filter mengurangi tegangan permukaan, hal ini tidak akan mempengaruhi kesehatan.

Berdasarkan bahan dari http://voda.blox.ua/

Kelas master “Ketegangan permukaan air”.

Guru fisika MKOU "Sekolah Menengah No. 8 dinamai A.V. Gryaznov" IMRSC

Target: menunjukkan perkembangan aktivitas kreatif siswa selama mempelajari fenomena tegangan permukaan. Pendidikan : studi tentang fenomena tegangan permukaan.Pembangunan: mengembangkan kemampuan mengamati, bereksperimen, memperoleh pengetahuan, memahami, mengevaluasi dan mengkorelasikan sudut pandangnya dengan pendapat orang lain, mampu menarik kesimpulan. Mendidik: menumbuhkan rasa keindahan, menghargai alam, kemampuan berdialog, mendengarkan orang lain, dan mempertahankan sudut pandang dengan nalar. Metode, teknik, cara: -tukar pendapat, diskusi kelompok, diskusi;
-percobaan. Peralatan: komputer dan presentasi,…….. SAYA . Perkenalandi kelas master, penunjukan tujuan dan sasaran utama:(Geser 1) Rekan-rekan yang terhormat. Tugas utama setiap guru saat ini adalah membantu dalam memperoleh pengetahuan yang kokoh, dalam mengembangkan kemampuan siswa, mengenalkannya pada kegiatan kreatif, membantu siswa untuk membuka diri dan memanfaatkan potensi kreatifnya dengan lebih baik. Dan yang terpenting, menerapkan ilmu yang diperoleh di masa depan, mampu mengarungi dunia modern. Oleh karena itu, saya mengambil kata-kata dari I.V. Goethe: “Hanya mengetahui bukanlah segalanya, Pengetahuan harus digunakan dengan terampil" Kedepannya siswa harus menyelesaikan banyak permasalahan yang seringkali berkaitan dengan sisi teknis, oleh karena itu di sekolah di bawah bimbingan seorang guru perlu dikembangkan aktivitas mandiri yang aktif, yang menghasilkan penguasaan pengetahuan profesional secara kreatif. , keterampilan, kemampuan dan pengembangan kemampuan berpikir. Masing-masing dari kita dalam kehidupan sehari-hari telah lebih dari satu kali menjumpai dan dihadapkan pada fenomena-fenomena yang biasa saja di satu sisi, namun sekaligus menakjubkan di sisi lain, tanpa memikirkan sama sekali fenomena fisik luar biasa apa yang sedang kita hadapi dan. bahkan belum memikirkan bagaimana menjelaskannya!.( Geser 2)

Bahkan anak kecil pun tahu betul bahwa kue Paskah dan kastil hanya bisa dibangun dari pasir basah. Butiran pasir kering tidak saling menempel. Namun butiran pasir yang terendam seluruhnya di dalam air juga tidak saling menempel. Mengapa water strider begitu mudah bergerak di permukaan air? Mengapa tawon, capung dan beberapa serangga dapat dengan mudah hinggap dan lepas landas dari permukaan air? Mari kita coba menjelaskan fenomena ini.

Tapi pertama-tama, mari kita lakukan beberapa eksperimen. .

Pengalaman No.1 “Klip Kertas Mengambang”

Peralatan segelas air bersih, beberapa klip kertas, salah satunya agak bengkok

Latihan . Ambil satu penjepit kertas dan turunkan perlahan ke permukaan air agar tetap berada di permukaan. (Hal utama adalah melakukannya dengan sangat hati-hati, tanpa mendorong gelas berisi air. Jika gagal, letakkan klip kertas kering pada yang telah diluruskan dan turunkan lagi ke permukaan air, sambil menurunkan yang terakhir dengan hati-hati. )

Eksperimen No. 2 “Setetes minyak”

Peralatan:pipet dengan minyak sayur, tusuk gigi, deterjen.

Dengan menggunakan pipet, letakkan setetes minyak pada permukaan air. Apa yang Anda perhatikan? Sekarang sentuhkan ujung tusuk gigi yang dicelupkan ke dalam larutan deterjen ke permukaan air di sebelah minyak, di tengahnya. Apa yang kamu amati?

(Jawaban yang disarankan: minyak mula-mula berkumpul menjadi bola, lalu noda mulai bergerak dan menyebar)

Eksperimen No. 3 “Film sabun”

Peralatan:larutan untuk meniup gelembung sabun, cincin kawat yang ada gagangnya, tusuk gigi yang direndam dalam larutan sabun.

Celupkan cincin ke dalam larutan sabun dan amati lapisan sabun dalam cahaya yang dipantulkan. Tusuk cincin itu dengan tusuk gigi. Apa yang kamu perhatikan? (Jawaban yang disarankan: ada lapisan tipis di dalam cincin; bila ditusuk dengan tusuk gigi, tetap ada)

Mari kita rangkum percobaan yang dilakukan.

Air memiliki sifat menopang benda ringan di permukaan, dan ketika larutan sabun ditambahkan, minyak dan lapisan film akan meregang. (Geser 3)

Guru:

Eksperimen telah menunjukkan bahwa air memiliki khasiat yang luar biasa - untuk membuat “film”. Mari kita berikan penjelasan ilmiah untuk hal ini. Adanya permukaan bebas dalam suatu zat cair menentukan adanya fenomena khusus yang disebut fenomena permukaan. Mereka muncul karena molekul di dalam cairan dan molekul di permukaannya berada dalam kondisi yang berbeda.( TAMPILKAN DI SLIDE ) Jumlah molekul di permukaan air lebih sedikit dibandingkan di dalam. Oleh karena itu, molekul “internal” tertarik ke bawah, sehingga meregangkan permukaan cairan. Dalam volume cairan, molekul tertarik dari mana-mana, gaya tarik menariknya seimbang. Namun di permukaan, ketegangan hanya datang dari “bawah”. Kekuatannya tidak seimbang, permukaannya tertarik ke arah dirinya sendiri. DAN jika tidak ada gaya luar, zat cair harus mempunyai luas permukaan terkecil untuk volume tertentu dan berbentuk bola. Hal inilah yang menyebabkan tetesan dan gelembung kecil berbentuk bola.

Perkembangan.

Kita sudah mempunyai gambaran pertama tentang tegangan permukaan, maka mari kita mulai mengisi tabelnya (DIAGRAM GRAFIK)

Tegangan permukaan

Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari, kedokteran...

ΙΙΙ.Penelitian. Dan sekarang saatnya untuk melakukan penelitian, kami melakukan percobaan berikut.

Pengalaman No.4

“Mana yang lebih besar: tegangan permukaan air dingin atau tegangan permukaan air panas?”

Tentukan secara eksperimental apakah tegangan permukaan air bertambah atau berkurang akibat perubahan suhunya.

Tujuan percobaan: menunjukkan bahwa tegangan permukaan air bergantung pada suhu.

Bahan: tusuk gigi, paku besi, lampu alkohol, segelas air bersih (paku besi, lampu alkohol bisa diganti dengan korek api).

Proses:

Panaskan paku besi di dalam lampu spiritus dan dekatkan ke permukaan air di antara dua tusuk gigi (atau tuangkan air panas ke permukaan air di antara tusuk gigi).

(Nyalakan korek api dan letakkan di antara tusuk gigi)

Hasil:

Pengalaman No.5

“Mana yang lebih besar: tegangan permukaan air murni atau tegangan permukaan larutan sabun?”

Tentukan secara eksperimental apakah tegangan permukaan air bertambah atau berkurang akibat melarutkannya sabun di dalamnya.

Tujuan percobaan: Tunjukkan bahwa tegangan permukaan air murni lebih besar daripada tegangan permukaan larutan sabun.

Bahan: tiga tusuk gigi, cairan pencuci piring, semangkuk air bersih.

Proses:

Letakkan dua buah tusuk gigi di tengah permukaan air sehingga saling berdampingan.

Celupkan ujung tusuk gigi ketiga ke dalam cairan pencuci piring (catatan: cairan yang dibutuhkan hanya sedikit)

Celupkan ujung tusuk gigi ketiga ke dalam air di antara dua tusuk gigi lainnya.

Hasil: dua tusuk gigi dengan cepat dilepas satu sama lain. Jelaskan fenomena yang diamati.

Pengalaman No.6

“Mana yang lebih besar: tegangan permukaan air murni atau tegangan permukaan larutan gula?”

Tentukan secara eksperimental apakah tegangan permukaan air bertambah atau berkurang akibat melarutkan gula di dalamnya.

Tujuan percobaan: Tunjukkan bahwa tegangan permukaan air murni lebih besar daripada tegangan permukaan larutan gula.

Bahan: tusuk gigi, gula pasir, semangkuk air bersih.

Proses:

Letakkan dua buah tusuk gigi di tengah permukaan air sehingga saling berdampingan.

Rendam permen gula dalam air bersih dan celupkan ke dalam air di antara dua tusuk gigi.

Hasil: dua tusuk gigi dengan cepat dilepas satu sama lain. Jelaskan fenomena yang diamati.

Kesimpulan.

Peserta mendiskusikan hasil eksperimennya dan mencapai kesimpulan umum bahwa:

1. Adanya permukaan bebas dalam suatu zat cair menentukan adanya fenomena khusus yang disebut fenomena permukaan. Mereka muncul karena fakta bahwa molekul-molekul di dalam cairan dan molekul-molekul di permukaannya berada dalam kondisi yang berbeda.

2. Tegangan permukaan bergantung pada jenis cairan, suhunya, dan keberadaan pengotor. Dengan meningkatnya suhu, ia berkurang dan menghilang sepenuhnya pada suhu kritis, yang menyebabkan hilangnya antarmuka antara cairan dan uap jenuhnya.

Guru: Setelah melakukan percobaan, kami memperhatikan bahwa dalam semua kasus tegangan permukaan menurun. Bagaimana menurut Anda: apakah mungkin untuk meningkatkannya? Mari kita lihat tabelnya dan menarik kesimpulan.

.
Kesimpulan. Air mempunyai tegangan permukaan yang tinggi dan hanya merkuri yang mempunyai tegangan permukaan paling besar.

Manifestasi gaya tegangan permukaan sangat beragam sehingga tidak mungkin untuk mencantumkan semuanya. Izinkan saya memberi Anda satu contoh.

Selat Gibraltar menghubungkan Laut Mediterania dan Samudera Atlantik. Perairan tersebut seolah-olah dipisahkan oleh sebuah lapisan film dan memiliki batas yang jelas di antara keduanya. Masing-masing memiliki suhu tersendiri, komposisi garam, flora dan fauna tersendiri.

Pada tahun 1967, ilmuwan Jerman menemukan fakta bahwa perairan Laut Merah dan Samudera Hindia tidak bercampur. Mengikuti contoh rekan-rekannya, Jacques Cousteau mulai mencari tahu apakah perairan Samudera Atlantik dan Laut Mediterania bercampur. Pertama, ia dan timnya meneliti air Laut Mediterania - tingkat salinitas, kepadatan, dan bentuk kehidupan alami yang melekat di dalamnya. Mereka melakukan hal yang sama di Samudera Atlantik. Kedua massa air ini telah bertemu di Selat Gibraltar selama ribuan tahun dan masuk akal untuk berasumsi bahwa kedua massa air yang sangat besar ini seharusnya sudah bercampur sejak lama - salinitas dan kepadatannya seharusnya sama, atau setidaknya mirip. . Tetapi bahkan di tempat-tempat di mana mereka berkumpul paling dekat, masing-masing dari mereka tetap mempertahankan sifat-sifatnya. Dengan kata lain, pada pertemuan dua massa air, tirai air tidak memungkinkan keduanya bercampur! Perairan Samudera Atlantik dan Laut Mediterania tidak mampu bercampur. Besarnya tegangan permukaan ditentukan oleh berbagai derajat kepadatan air laut; faktor ini ibarat dinding yang mencegah pencampuran air. Intinya di sini adalah tegangan permukaan: tegangan permukaan adalah salah satu parameter air yang paling penting. Ini menentukan gaya adhesi antara molekul cairan, serta bentuk permukaannya di perbatasan dengan udara.

ΙV Pengikat.

Guru:Sekarang mari kita melakukan eksperimen visual , berhubungan dengan tegangan permukaan.

Pengalaman No.7 "Piala Sippy yang Terpesona."

Anda memiliki koin kecil (30-40 buah). Tuangkan segelas penuh air dan cari tahu: berapa banyak koin yang dapat Anda masukkan ke dalam segelas air hingga tumpah? Sekarang dengan hati-hati masukkan satu koin ke dalam gelas. Terus? Berapa banyak yang cocok? Bagaimana bentuk lapisan permukaan air berubah? Jelaskan mengapa?

(Menjawab: Ketegangan permukaan mengumpulkan air. Jika Anda perhatikan lebih dekat, Anda dapat melihat bahwa meniskus melanjutkan garis dinding kaca, naik membentuk busur di tengahnya.)

Guru: Hari ini kita belajar banyak tentang tegangan permukaan, karena topik seminar kita adalah membaca bermakna, kita akan mengetahui beberapa informasi bermanfaat. Saat membaca, saya menyarankan Anda untuk menggunakan teknologi “Sisipkan”, membuat catatan di pinggir sehingga Anda dapat terus mengisi kolom tabel.

Membaca teks dengan catatan:

+ Aku mengetahuinya

- Saya tidak tahu hal itu

? Saya ingin tahu lebih banyak

! itu mengejutkan saya

Tegangan permukaan

Mengapa gelembung sabun berbentuk seperti bola?

Tegangan permukaan bergantung pada apa?

V . Pemodelan.

Hari ini saya mencoba menunjukkan kepada Anda bahwa dengan bantuan penelitian dan teknik visual sederhana, Anda tidak hanya dapat membentuk sistem pengetahuan, keterampilan, dan kemampuan fisika dalam pelajaran fisika, tetapi juga meningkatkan aktivitas kreatif, memprovokasi minat untuk melakukan eksperimen. Kita perlu memberikannya kesempatan untuk bereksperimen dan tidak takut kesalahan, mendorong siswa untuk menarik kesimpulan dan mempertahankan sudut pandangnya.

V . Cerminan. Saya ingin mengakhiri pelajaran dengan eksperimen lain tentang tegangan permukaan.

Pengalaman No.8 Ledakan warna di piring

Untuk percobaan Anda membutuhkan: piring, susu murni, sabun cair, kapas, dan pewarna makanan berbagai warna. Rencana kerja:

1. Tuang susu ke dalam piring.

2. Tambahkan beberapa tetes cat ke dalam susu.

3. Celupkan dua kapas ke dalam sabun cair dan celupkan ke dalam piring berisi susu.

Hasil:Saat Anda menambahkan cat ke dalam susu, tumpahan cat yang indah akan terbentuk di permukaan. Jika ditambahkan sabun cair, cat menjadi bergaris-garis dan membentuk pola yang tidak terduga pada permukaan susu.

Sebagai kesimpulan, saya ingin mengatakan dalam kata-kata Nikolai Ostrovsky:

“Kerja kreatif itu

indah, luar biasa berat

dan pekerjaan yang luar biasa menyenangkan.”

Literatur:

Russkikh, G. A. Kelas master - teknologi untuk mempersiapkan guru untuk kegiatan profesional kreatif [Teks] / G. A. Russkikh // Methodist. – 2002

Selevko, G.K. Teknologi pedagogi alternatif [Teks] / G.K. Selevko - M.: Research Institute of School Technologies, 2005. - 224 hal.

Sovetova, E. V. Teknologi pendidikan yang efektif [Teks] / E. V. Sovetova. – Rostov tidak ada: Phoenix, 2007. – 285 hal.

Khurtova, T.V. Bentuk pelatihan profesional untuk guru: kelas master [Teks] / T.V. Hurtova - Volgograd: Teacher, 2008. – 76 hal.