LA TENSIONE SUPERFICIALE DELL' ACQUA
Giovedì 22 gennaio 2009 ci siamo recati nel laboratorio di Scienze e, guidati da Anna, un'esperta di “Epsilon didattica”, abbiamo verificato gli effetti della tensione superficiale dell'acqua.
Siamo partiti da inizialmente dall'osservazione dell'acqua che esce da un rubinetto chiuso male e ci siamo posti delle domande:
• Come mai ogni goccia che si forma rimane attaccata al rubinetto per un istante, ma poi cade in forma di sfera?
• Come mai la superficie dell'acqua in un bicchiere pieno forma una specie di cupola?
• Perché l'acqua liquida si comporta come se avesse sulla superficie una pelle invisibile?
• Perché l'idrometra ed altri insetti si appoggiano sulla superficie di uno specchio d'acqua senza difficoltà, come se fosse solida?
Per dare una spiegazione logica a queste osservazioni tanto diverse fra loro abbiamoeffettuatodegli ESPERIMENTI SULLA TENSIONE SUPERFICIALE.
Materiale necessario
- Una bacinella di plastica,
- Una sagoma che rappresenta un insetto acquatico ricavato da un piatto di plastica,
- Un piatto di plastica forato al centro,
- Un batuffolo di cotone idrofilo.
- Un bicchieredi vetro.
- Un fazzoletto di stoffa.
- Dell’acqua,
Fasi di lavoro
- Abbiamo riempito la bacinella di plasticad’acqua e posto sulla sua superficie il modellino di insetto acquatico osservando bene l’impronta da esso lasciato.
- Abbiamo confrontato il peso del piatto forato di plastica ed il peso di un batuffolo di cotone idrofilo fidandoci del giudizio di un nostro compagno.
- Abbiamo posto nell’acqua il piatto di plastica forato al centro, osservando bene la forma dell’acqua in corrispondenza del foro.
- Abbiamo inserito delicatamente il batuffolo di cotone idrofilo nel foro del piatto osservando bene la forma dell’acquain corrispondenza del foro.
- Abbiamo osservato la trama del tessuto del fazzoletto.
- Abbiamo riempito il bicchiere con l’acqua fino a farla travasare.
- Abbiamo osservato la superficie libera dell’acqua.
- Abbiamo avvolto il bicchiere con un fazzoletto di stoffa.
- Abbiamo capovolto il tutto.
- Abbiamo infilatoun dito nella posizione centrale del bicchiere avvolto dal fazzoletto.
Osservazioni
- La superficie dell’acquaappariva incavata in corrispondenza delle zampe del nostro modellino di insetto , ma formava una specie di cupola in corrispondenza del foro del piatto di plastica, senza però riempirne il piano.
- Il batuffolo di cotone, anche se più leggero del piatto di plastica , è andato a fondo dopo essersi impregnato d’acqua e ha fatto alzare il livello dell’acqua in corrispondenza del foro del piatto, riempiendone la superficie piana.
- La trama del tessuto del fazzoletto presentava spazi vuoti che potevano essere attraversati dalle molecole d’acqua.
- La superficie libera dell’acqua nel bicchiere non era perfettamente orizzontale, ma formava una specie di cupola. Abbiamo avuto l'impressione che l'acqua formasse una specie di pelle elastica e sottile.
- Capovolgendo il bicchiere avvolto con un fazzoletto di stoffa, abbiamo notato che neppure una goccia d’acqua usciva.
Infilando però un dito nella posizione centrale del fazzoletto che sosteneva il bicchiere, riuscivamo a far cadere dell’acqua.
Conclusioni
Tutte le nostre osservazioni possono essere spiegate da un fenomenoche prende il nome di tensione superficiale. Ogni molecola d’acqua infatti attira le molecole che la circondano ed a sua volta subisce il legame da esse esercitato. Le molecole che si trovano all'interno del liquido sono attratte allo stesso modo in tutte le direzioni ed ognuna di esse si trova in equilibrio rispetto alle altre.
Le molecole si trovano alla superficie invece vengono attratte dalle molecole sottostanti e da quelle laterali, ma non verso l'esterno e premono quindi sul liquido formando una sorta di pellicola tesa sulla superficie stessa: per questo si parla di tensione superficiale ,
Questa caratteristica dell’acqua ha saputo dare una spiegazione a fenomeni tanto diversi:
- Forma una specie di pellicola che sostiene corpi leggeri (l’abbiamo verificato osservando la superficie dell’acqua in corrispondenza del nostro modellino d’insetto!) e permette a certi insetti di reggersi e camminare sulla superficie dello stagno, cosa che non potrebbero più fare se nell’acqua fosse disciolto un detersivo di tipo “tensioattivo”.
- Dalle osservazioni effettuate sul bicchiere colmo d’acqua e sul piatto forato al centro abbiamo capito che l’acqua assume una forma a cupola nella zona di contatto con l’aria proprio per effetto della tensione superficiale.
- Infilando il cotone idrofilo al centro del piatto abbiamo modificato i legami fra le molecole superficiali e perciò dell’acqua ha invaso il piano del piatto, sommergendone una parte.
- Dalle osservazioni effettuate nell’esperimento del bicchiere avvolto nel fazzoletto e capovolto abbiamo capito che l’acqua non cade non perché trattenuta dal tessuto del fazzoletto, ma per effetto della coesione tra le molecole d’acqua della superficie che formano una specie di pellicola che impedisce al liquido di passare attraverso gli spazi nella trama del tessuto. Infilando il dito nel tessuto bagnato abbiamo modificato i legami fra le molecole superficiali e perciò alcune gocce d’acqua sono uscite dal tessuto.
- Abbiamo infine dato una spiegazione logica alla forma sferica delle gocce d'acqua: le molecole sulla superficie si attraggono tra loro e vengono attratte verso l'interno, creando così delle forze che comprimono il liquido della goccia da tutte le direzioni e gli danno la forma di una sfera che, tra tutti i solidi di pari volume, è quello di area minima.
