Odborný článek

Povrchové napětí

13. 3. 2009 Gymnaziální vzdělávání
Autor
Mgr. Jaroslav Reichl

Anotace

S využíváním povrchových napětí různých kapalin se setkáváme každý den. Pomocí jednoduchého experimentu mohou žáci významu této fyzikální veličiny snáze porozumět.

Existence povrchového napětí má řadu praktických aplikací (používání pracích a mycích prostředků, existence funkčního sportovního prádla apod.). Chtějí-li žáci porozumět uvedeným aplikacím, je nutné dobře pochopit význam pojmu povrchové napětí. Jednou z cest k tomu je i jednoduchý experiment.

Příprava experimentu

K experimentu budeme potřebovat pouze prázdnou plechovku. Ovšem pozor! Plechovka musí být téměř neporušená - pouze do jedné z jejích podstav uděláme (např. běžným otvírákem na konzervy, který jen zarazíme do plechovky) dva malé otvory. Pro správný průběh experimentu je nutné, aby otvory byly v protilehlých bodech průměru podstavy. Proto je vhodné využít plechovku od nápoje (např. od džusu, kondenzovaného mléka apod.), který otvory vylijeme do sklenice pro další konzumaci. Plechovku pečlivě ihned vypláchneme čistou vodou. Tím je tato pomůcka připravena k experimentu.

Průběh experimentu

Do plechovky jedním z otvorů nalijeme vodu. Pak plechovku uchopíme do jedné ruky a natočíme do vodorovné polohy tak, aby podstava s otvory byla dole. Voda přitom z plechovky nevytéká.

obrÃĄzek
1. obrázek

ě nakloníme plechovku tak, aby otvory byly v nejnižším a nejvyšším bodě její spodní podstavy. V této poloze začne voda ze spodního otvoru v podstavě plechovky vytékat.

obrÃĄzek
2. obrázek

V dalším kroku experimentu natočíme plechovku zpět do původní polohy (v níž jsou její podstavy vodorovné) - voda přestane vytékat. Pokračujeme nakloněním na druhou stranu, než v předchozích krocích experimentu, a pozorujeme, že voda z plechovky opět vytéká.

Vysvětlení výsledků experimentu

Je-li plechovka v poloze, v níž jsou její podstavy vodorovné, voda z ní nevytéká. Z hlediska makroskopického je voda držena v plechovce tlakovou silou atmosféry, která je větší než tíhová (resp. tlaková) síla vody v plechovce. Skutečnost, že voda nevytéká, je dána tím, že do plechovky neproudí zvenčí vzduch. Proto se nevyrovnává tlak uvnitř plechovky s vnějším atmosférickým tlakem, a tedy se nevyrovnávají ani síly působí na vodu zvenčí a zevnitř.

Jakmile plechovku nakloníme, vnější vzduch do ní částečně proniká. Tím se vyrovnávají tlaky uvnitř a vně plechovky, a tedy i působící síly.

Z mikroskopického hlediska vysvětlení experimentu vyplývá z existence tzv. povrchové vrstvy kapaliny, která má vlastnosti pružné blány. Voda vyplňující otvory v plechovce nevyteče právě proto, že její povrch je pružně deformovatelný - „hladina vody" se tedy pouze vyklene směrem ven z plechovky. Vodní hladina má ve styku se vzduchem určité povrchové napětí.

Nakloníme-li plechovku, změní se makroskopické (a tedy i mikroskopické) silové poměry v obou uvažovaných otvorech. Povrchová síla již nebude schopná udržet vodu v nižším otvoru a voda začne vytékat ven. Původní silové poměry se znovu ustaví při vrácení plechovky do polohy, v níž jsou její podstavy vodorovné.

Licence

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.

Autor
Mgr. Jaroslav Reichl

Hodnocení od uživatelů

Článek nebyl prozatím komentován.

Váš komentář

Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.

Článek není zařazen do žádného seriálu.

Klíčové kompetence:

  • Gymnázium
  • Kompetence k řešení problémů
  • kriticky interpretuje získané poznatky a zjištění a ověřuje je, pro své tvrzení nachází argumenty a důkazy, formuluje a obhajuje podložené závěry
  • Gymnázium
  • Kompetence k učení
  • efektivně využívá různé strategie učení k získání a zpracování poznatků a informací, hledá a rozvíjí účinné postupy ve svém učení, reflektuje proces vlastního učení a myšlení

Průřezová témata:

  • Gymnaziální vzdělávání
  • Mediální výchova
  • Mediální produkty a jejich významy

Organizace řízení učební činnosti:

Skupinová, Frontální

Organizace prostorová:

Školní třída

Nutné pomůcky:

běžné pomůcky (plechovka od nápoje)