Mikro- ja megamaailma füüsikaMikro- ja megamaailma füüsika : Pindpinevus

Pindpinevus

Joonis 1.7.1. Vihmapiisad on langemisel enam-vähem kerakujulised. Aknaklaasil allapoole valguv piisk võib mõnikord olla veidi sedamoodi „tilgakujuline” nagu lasteraamatutes ja multifilmides.

Vedeliku ja gaasi piirpinna lähemaks uurimiseks vaatleme kõigepealt vihmapiiska. Kui õhk, mis sisaldab piisavalt veeauru ja kondensatsioonituumi, on piisavalt jahtunud (ptk Kastepunkt), tekivad piisad, mis võivad õhuvooludes hõljuda, aga võivad ka sademetena alla langeda. Kuid mis hoiab vihmapiiska koos?

Vastus on lihtne: kõiki vedelikukoguseid hoiavad koos molekulaarjõud. Piiskades toimivad need jõud sarnaste osakeste vahel (näiteks elavhõbedatilgas või vihmapiisas), neid nimetatakse kohesioonijõududeks (ladina keeles: cohaereo - kokku kuuluma, tervikut moodustama).

Kui vihmapiisk jõuab aknale, siis hoiavad teda seal kinni jälle molekulaarjõud. Kuna klaasi ja vihmavee molekulid on erinevad, siis on tegemist adhesioonijõududega (ladina keeles: adhaereo - kinni hoidma, küljes rippuma).

Kohesioon ja adhesioon osalevad mitmetes huvitavates ja olulistes nähtustes: pindpinevus, vedelike voolamine torudes ja lahtistes voolusängides, tilkumine, märgumine, imbumine poorsetesse ja kiulistesse materjalidesse.

Joonis 1.7.2. Lihtsustatud pilt molekulaarjõududest vedelikus ja vedeliku pinnal. Pinnal ja pinna lähedal olevatele molekulidele mõjuvate tõmbejõudude resultant on suunatud vedeliku sisse.

Meenutame, et faasidevahelisel (ptk Faasid) piirpinnal on tihti erilisi omadusi, seal toimuvad mitmed füüsikalised ja keemilised protsessid, ilmneb erinevaid nähtusi. Vihmapiisaski on vedeliku ja gaasi piirpinna molekulid täiesti erilises olukorras. Vedeliku sees on iga molekul ühtlaselt ümbritsetud naabritega ja seotud kohesioonijõududega, mis on keskmiselt võttes tasakaalus (resultantjõud on null). Piirpinnal on olukord teine. Väljaspool (gaasi poolel) on molekule väga vähe, tasakaal on rikutud ja seepärast mõjub pinnakihi molekulidele summaarselt tõmme ainult ühes suunas, sissepoole. See tekitab vedeliku pinnakihis teatava pinge, mida nimetatakse pindpinevusjõuks. Pindpinevust võrreldakse tihti põhjendatult venitatud (pingutatud) elastse kilega. Kui täispuhutud õhupalli pigistada, siis kummikile venib suuremaks. Kui pall uuesti lahti lasta, püüdleb ta tagasi minimaalse pindala poole, täpsemalt minimaalse potentsiaalse energia poole. Sarnaselt toimib ka vihmapiisk. Vee ja õhu piirpind on alati võimalikult väike. Muude mõjude puudumisel on vihmapiisk kerakujuline, sest kera on sama ruumala juures kõige väiksema pindalaga keha.