Visa fråga/svar

 

Kraft-Rörelse [16178]

Fråga:
När jag och min kompis gjorde ett experiment (vi skulle göra en kompass av en magnetiserad nål på en korkbit i en stor skål vatten), upptäckte vi att korkbiten drogs till kanten av skålen. Det hade inget med nålen att göra. När vi la ner korkbiten i mitten igen och stoppade ner fingret i vattnet nära korken drogs den till fingret. Samma sak hände när vi stoppade ner en glasskiva och en plåtbit. Vi testade också med en bit trä istället för korken med samma resultat.

Varför hände detta?
/Malte R, Furulundsskolan, Halmstad

Svar:
Hej Malte! Bra att du inte bara följer instruktioner för ett experiment och konstaterar: vi fick det väntade resultatet! Du observerar något oväntat och försöker förstå detta. Du kan säkert bli en bra vetenskapsman!

Orsaken till att korken uppför sig som den gör är vattnets ytspänning, som är ett fysikaliskt fenomen som uppstår i gränsytan mellan två faser beroende på skillnaden i energi mellan molekylerna vid ytan respektive fasens inre.

I det inre av en vätska växelverkar molekylerna i alla riktningar till skillnad från molekylerna vid en gränsyta (se bilden nedan från Wikimedia Commons). Ytmolekylerna binds därför av ett färre antal molekyler. Då fler bindningar medför lägre energi har molekylerna vid ytan högre energi än de inre molekylerna i vätskan. Ytan får således ett överskott av energi, ytenergi, med dimensionen energi per ytenhet (J/m2).

Ytenergin medför att ett system strävar efter att minimera sin yta. En fri vätskedroppe antar därför sfärisk form. Ytenergin kan även tolkas som kraft per längd, en spänning, därav namnet ytspänning, med enheten N/m (J/m2=Nm/m2=N/m).

1 Man kan även se att om ytan är konvex som i nedanstående figur så har en ytmolekyl färre grannar än om ytan är plan. Vi får alltså mindre bindning och därmed högre energi ju mer ytan är krökt. Vi har alltså minimal energi där krökningsradien är minimal.

2 På motsvarande sätt gäller att om ytan är konkav så har en ytmolekyl fler grannar än om ytan är plan. Vi får alltså högre bindning och därmed lägre energi ju mer ytan är krökt. Vi har alltså minimal energi där krökningsradien är maximal.

I fallet du beskriver är skålen säkert inte helt full. Då kommer vattnet att krypa upp längs kanterna och vi har fall 2, en konkav yta. Korken vill då till området med lägst energi, dvs där den är mest krökt - vid kanten. Om du vill att korken skall stanna i mitten bör du fylla skålen lite över kanten. Du får då en konvex yta, fall 1, och lägsta energin är i mitten.

Att olika föremål som flyter på en yta (ytan kan vara helt plan) tenderar att attrahera varandra beror på att de konvexa ytorna (föremålet trycker ju ner ytan omkring sig) omkring föremålen har hög energi, och det är fördelaktigt att slå ihop dem.

Se vidare Surface_tension .



/Peter E

Se även fråga 11165

Nyckelord: ytspänning [18]; *vardagsfysik [64];

*

 

 

Frågelådan innehåller 7564 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2021-03-27 11:47:41.

 

***


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.