التوتر السطحي هي خاصية ميكانيكية مهمة تحدد قدرة الطبقات الأعلى للسائل على مقاومة الانزعاج الخارجي. تُعرف هذه الظاهرة بقدرتها على السماح لأشياء خفيفة مثل الحشرات والإبر بالقصور على سطح الماء دون الغرق، وهي أيضًا أساس العديد من الخصائص الفيزيائية الرائعة للأجسام السائلة. هذا المقال سوف يستعرض تفاصيل أكثر حول تفسير ظاهرة التوتر السطحي وكيف يتم قياسها بدقة باستخدام أدوات مختلفة.
تفصيل ظاهرة التوتر السطحي
تعود جذور التوتر السطحي إلى قوة جذب بين جزيئات السائل نفسها، والتي تعرف باسم "القوة الجزيئية". بينما يعاني الجزيء الواقع في وسط السائل من تأثير متوازن ومتناظر من كافة جوانبه، يجد الجزيء الواقعة على سطح السائل نفسه في موقف مختلف تمامًا؛ فهو مغلف فقط بجزيئات المياه أسفل منه وليس فوقه. وهذا الاختلاف في الاتجاه يخلق توترًا داخليًا يدفع السائل نحو الحالة التي تتميز بتقليل المساحة المشكلة بالسطح قدر الإمكان - وهي عملية معروفة باسم "تقليل الطاقة".
يمكن أيضاً النظر إلى التوتر السطحي كمظاهر خارجية لطاقة النظام الحراري للجسيمات. ومع انخفاض عدد الروابط الجزيئية المكشوفة للنقطة النهائية لجزيئة الماء عند نقطة تماسها الخارجية، تبدأ تلك الذرات والفراغات بانبعاث طاقاتها الزائدة بدلاً من استقبال المزيد منها عبر تراكم ذرات جديدة عليها مباشرةً، وهو ما يشرح سبب امتناع قطرة من الماء عن الانتشار واستقرار واستقامة هيكل شكل القطرة المستديرة التقليدية.
التوتر السطحي في علم البصريات والكيمياء الفيزيائية
يتم وصف التوتر السطحي رياضيًّا عادةً بمصطلحات ${\sigma}$، ${\gamma}$، أو ${T}$. ويعكس ذلك مقدار العمل اللازم لإزالة وحدتان متوازيتان لنظام مولّد التوتر بطول الوحدة الطولية (${\text{N/m}}$). طبقا لمبدأ الديناميكا الحرارية، فإن مصطلح "العمل" هنا يساوي نفس مضاعفات تغيير المجال الكهرومغناطيسي المرتبط بالمكان الذي ثبت فيه النمط العمودي للسطح المضبوط حديثًا.
وبناء على هذا التعريف العام للتوتِّرُ الصَّفحَوِيْ ، فقد ظهر أنه تعتمد قابليته للتحويل بناء علي طبيعتين رئيسيتين تشكلان خصائصه الخاصة : أولاهما اختلاف نوعيتين للمواد الرطبة والمعدنية المستخدمتين ؛ وثانيهما اختلاف درجات حرارتهم أثناء إجراء التجارب المقارنة . فعلى سبيل المثال : قد نلاحظ فارق كبير بين معدلات التأثير المحصلة لنفس الحجم لعينه واحدة من المنتوجات الصيدلية المعروفة بإحدى العلامات التجارية الشهيرة لدى السوق الأوروبيه والتجاريه مقابل نظائرها المصنعه تجاريا تحت سقف الدولة الأمريكيه وذلك اعتماداً لمنطق عدم تكافؤ تركيزات عناصر أكسجين وشحميات دهون ضمن الخلطات الأصلية المنتمية لدولة المنشا الاولی۔ وفي الوقت ذاته فان زيادة الحرارة ستعمل حتماً علي تخفيف كثافته نسبياً بما ينتج عنها فقاعات صغيرة تعوق دقت عمليات الفصل وغسل الترشيحات العينية المعتمدة للاستخلاص النوعي للأجزاء النافعة والمععزلات البيولوجية المتنوعة ۔
كيفية قياس مستوى Tension Surface
على الرغم من تعدد وسائل التدقيق لهذه الخاصيه الا انه تبقى طريقة اختبار الأنابيب الضيقة والمتناهية الصغر الأكثر شيوعاً وموضوعية دقة فيما يتعلق بقياس واتخاذ قراءات دقيقة لانسباط وضفاف مستقر للقيمة الاساسية مورد البحث . وهذه الطريقة تقوم اساسآ علي رصد نشوء وعلو شلال او ارتداد عمودي ثابت لاسالة المياه بحرص ودقه عاليتي حين تواجه احد واجهات قضبان زجاجية مجوفة وملتصقة جيداً بخيط موصول بنهايته الأخرى مع جسم ثقل دينمي كمي مدمج بسكة بارضية ومن ثم قراءة عرض وضع لاتصال الجزء الاعلي للقلم بزاوية بزاوية اثنين واربعین درجه وستستقييم كذلك حسب الصنف التالي :
$ \displaystyle\frac{t}{dg} \times h + \left(\frac{1}{3}\right)^r $ [where ] $ t$ stands for surface tension , and represents the density of fluid in question; g is gravitational constant ; while r denotes radius at cross section where filament meets tube wall interiorly ]. علاوه علي وجود جدول معدل عالمي يحوي مجموعة بيانات حسابیه لما يقارب خمسة وخمسين زوج تسميات مختصة بكل صنف فريد كهذا وآخر مقابلة لها اما تقديم خدمات اضافيه متعلق بالتطبيقات العملية لحساب إختلافات خواص تنافر وسلوك سطح الاحتكاكي وبناء عليه اختيار مواد ملطفهه وملائمه لتحسين اغراض التصنيع والاستخدام اليومي المختلف .
