Forze Alla Superficie Dei Liquidi: La Tensione Superficiale

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La segnalazione di un video da parte di Martina, in un commento al post precedente, mi offre l'opportunità di parlare della tensione superficiale, una forza che si esercita alla superficie dei liquidi.

Vediamo di cosa si tratta. Diverse analogie di comportamento con i solidi ci inducono a servirci, per i liquidi, dello stesso modello a molecole con forze elastiche interposte, utilizzato per i solidi, per cercare di spiegare i fenomeni che si osservano nei liquidi e, in particolare, alla loro superficie.

Questo modello prevede l'esistenza di una forza attrattiva tra le molecole quando la loro distanza è relativamente grande, e di una forza repulsiva quando questa distanza tende a diventare minore di un determinato valore.

Fonte immagine: www.funsci.com

Consideriamo una molecola all'interno di un liquido: essa è attratta da tutte le altre molecole che la circondano (vedere immagine precedente) e in maniera apprezzabile anche da quelle non immediatamente vicine. La forza complessiva, però, è nulla perché non c'è ragione che sia orientata, per esempio, verso l'alto  o verso destra, poiché la simmetria attorno alla molecola è perfetta.

Ben diverso è il caso di una molecola in prossimità della superficie: essa risente di una forza complessiva verso il basso proprio perché nella parte superiore non vi sono molecole che l'attraggono (vedere immagine precedente).

Questa forza verso il basso, o meglio, verso l'interno del liquido, spiega innanzi tutto la coesione dei liquidi, cioé la proprietà delle loro molecole di stare assieme (i gas, ad esempio, non hanno tali proprietà).

Inoltre, questa forza di attrazione che si esercita sulle molecole in superficie, e che viene chiamata tensione superficiale, spiega anche perché i liquidi tendono a formare gocce sferiche. Ma di questo comportamento parleremo in un'altra occasione.

Tornando alla tensione superficiale, quando appoggiamo un corpo minuscolo sulla superficie di un liquido, le molecole superficiali di quest'ultimo vengono spinte verso il basso, generando una forza di richiamo diretta verso l'alto. La superficie di un liquido si comporta quindi come una membrana tesa ed elastica, che avvolge e comprime il liquido sottostante.

Riporto un video di Eniscuola Channel che mostra un esperimento sulla tensione superficiale.

A questo link, potete guardare il video segnalato da Martina.