Co drží na hladině plovoucí desetník, jehlu či vodoměrku (podle biologů správněji bruslařku)? Dobře si všimněte, jak je hladina okolo mince prohnutá a zakřivená. Nejde o náhodu, oba jevy spolu souvisí. Povrchová vrstva kapaliny se chová jako blanka, mluvíme o takzvaném povrchovém napětí.

Molekuly vody působí jen na úzký okruh ostatních, a pokud jsou mimo povrchovou vrstvu, síly mezi nimi se přibližně vyrovnávají. Jiná situace ale nastane pro molekuly v povrchové vrstvě! Ty jsou ostatními taženy dovnitř kapaliny, a tak pro jejich udržení v povrchové vrstvě musela být vykonána nějaká práce.

   

Dovnitř vtahované molekuly také na kapalinu působí takzvaným kohezním tlakem, který dosahuje hodnot až 2GPa! S povrchovou vrstvou je spojena určitá energie úměrná povrchu kapaliny, kde konstanta úměrnosti je právě povrchové napětí charakteristické pro danou kapalinu. To nám říká, jak se změní energie kapaliny při změně jejího povrchu o jednotku plochy. Kapalina má tendenci velikost svého povrchu zmenšit, protože to vede ke snížení její povrchové energie. S tím souvisí i povrchová síla, která působí na rozhraní kapaliny a jiných těles a míří dovnitř kapaliny tečně podél jejího povrchu, a snaží se tak povrch zmenšit.

Důležitou roli hrají jevy na rozhraní kapaliny a stěny nádob nebo třeba i našeho dvacetníku. Blanka svírá s mincí určitý kontaktní úhel, který závisí na povaze a velikosti sil mezi hliníkem, vodou a vzduchem. Výslednice sil míří šikmo vzhůru, a jejich svislé složky spolu se vztlakovou silou musí vyrovnávat tíhovou sílu působící na minci. Mají tak šanci udržet dvacetník na hladině. Přiblíží-li se dva desetníky k sobě, změní se zakřivení hladiny mezi nimi, což vede ke zvětšení vodorovných složek povrchových sil, a konečně k přitahování desetníků, neboť na opačných stranách se kontaktní úhly téměř nezmění.

   

A na závěr jeden tip: vezměte si jehlu a v blízkosti nějakého magnetu ji zmagnetujte. Položíte-li ji opatrně na hladinu, bude nejen krásně plovat, ale zároveň půjde o jednoduchý kompas!

Autorem článku je Jiří Kvita