ظاهرة تنشأ من قوى التماسك بين جزيئات المائع وتتمثل في ميل سطح السائل إلى التقلص لأقل مساحة ممكنة هي ؟ التوتر السطحي هو الخاصية الفيزيائية المتمثلة في ميل سطح السائل إلى التقلص لأقل مساحة ممكنة. هذه الظاهرة لا تحدث بشكل عشوائي، بل هي ناتجة بشكل أساسي عن قوى التماسك بين جزيئات المائع. وقوى التماسك هي قوى تجاذب متبادلة تؤثر بين جزيئات المادة الواحدة (نفس المادة). التفسير الفيزيائي (كيف يحدث التوتر السطحي؟) لفهم هذه الظاهرة، دعنا نقارن بين سلوك جزيئات السائل في مكانين مختلفين:
الجزيئات في أعماق (داخل) السائل: الجزيء الموجود في عمق السائل محاط بجزيئات أخرى من جميع الاتجاهات. هذا يعني أنه يتعرض لقوى تجاذب متساوية المقدار ومتعاكسة في الاتجاه من الأعلى والأسفل واليمين واليسار. ونتيجة لذلك، تكون محصلة القوى المؤثرة عليه مساوية للصفر.
الجزيئات على سطح السائل: الأمر يختلف تماماً عند السطح؛ فالجزيء السطحي يتعرض لقوى تجاذب تشده إلى الأسفل (نحو الجزيئات العميقة) وإلى الجوانب (نحو الجزيئات المجاورة له على السطح وجدران الوعاء). ولكن لا توجد أي جزيئات سائل فوقه لتجذبه نحو الأعلى. نتيجة لهذا النقص، تكون محصلة القوى المؤثرة على جزيئات السطح متجهة دائماً إلى الأسفل.
النتيجة النهائية: هذه القوة المحصلة المتجهة لأسفل تعمل على سحب جزيئات السطح، مما يجعل سطح السائل مشدوداً كأنه غشاء رقيق مرن ومتماسك. هذا الغشاء المشدود هو الذي يقاوم التمدد ويحاول دائماً تقليص مساحة السطح إلى أقل حد ممكن.
ظواهر وتطبيقات من واقع الحياة على التوتر السطحي: بفضل هذا الغشاء المشدود الناتج عن التوتر السطحي، نلاحظ ظواهر يومية مدهشة منها:
تكوّن قطرات المطر والزئبق: تأخذ القطرات شكلاً كروياً أو شبه كروي لأن الشكل الكروي هو الشكل الهندسي الذي يمتلك أقل مساحة سطح ممكنة لحجم معين.
سير الحشرات على الماء: تستطيع حشرات مثل (صرصور الماء أو النملة) المشي والوقوف على سطح الماء دون أن تغرق، حيث تلاحظ أن أرجلها تصنع انحناءات بسيطة على السطح دون أن تخترقه، وكأنها تمشي على غشاء مطاطي مشدود.
استقرار المشبك المعدني: لو وضعت مشبك ورق برفق شديد وبشكل أفقي على سطح الماء، فإنه سيطفو ويستقر على السطح رغم أن كثافة المعدن أكبر من كثافة الماء، وذلك بفضل التوتر السطحي.
قوى التماسك مقابل قوى التلاصق (رابط هام) لكي تكتمل الصورة، من المهم معرفة أن هناك نوعين من القوى داخل السوائل:
قوى التماسك: تكون بين جزيئات المادة نفسها، وينشأ عنها التوتر السطحي وظاهرة الزوجة (التي تعبر عن مقياس الاحتكاك الداخلي للسائل وتعمل على إبطاء تدفقه).
قوى التلاصق: هي قوى تجاذب كهرومغناطيسية تؤثر بين جزيئات المواد المختلفة (مثل جزيئات الماء وجزيئات الزجاج)، وينتج عنها ما يُعرف بـ الخاصية الشعرية (ارتفاع السوائل في الأنابيب الضيقة).
جواب السؤال ظاهرة تنشأ من قوى التماسك بين جزيئات المائع وتتمثل في ميل سطح السائل إلى التقلص لأقل مساحة ممكنة هي: التوتر السطحي. وتنشأ هذه الخاصية بسبب قوى التماسك بين جزيئات المائع، حيث تخضع الجزيئات الموجودة على السطح لقوى تجاذب تشدها إلى الأسفل وإلى الجوانب دون وجود قوى تجاذب تؤثر عليها من الأعلى. ونتيجة لذلك، تكون محصلة القوى المؤثرة على جزيئات السطح متجهة إلى الأسفل، مما يجعل سطح السائل مشدوداً كالغشاء الرقيق ويسمح له بالتقلص لأقل مساحة ممكنة.