ما الفرق بين اللزوجة والتوتر السطحي

يُمكن استنتاج الفرق بين اللزوجة والتوتر السطحي من خلال المقارنة بين مفهوم كلٍ منهما، حيث يُعدان من أبرز الخصائص الميكانيكية للسوائل، ومن خلال موقع فكرة يُمكننا شرح الفروق بشيء من التفصيل.

الفرق بين اللزوجة والتوتر السطحي

يتمثل الفرق بين اللزوجة والتوتر السطحي في أكثر من وجه، حيث يُمكن تعريف مفهوم كلًا منهما فيما يلي:

• اللزوجة : هي خاصية توضح مقدار مقاومة السائل للتدفق، وأيضًا تقيس الاحتكاك الداخلي الحادث في السائل، إذ تظهر المقاومة للحركة بين سطحين يتحركان بسرعات مختلفة.
• التوتر السطحي : خاصية تعبر عن ميل السائل للوصول إلى الحد الأدنى من المساحة، إذ يعتمد على الجزئيات الموجودة على السطح، فتنشأ بين تلك الجزيئات وغيرها من الجزيئات المُحيطة قوى جذب يكون مجموعها صفر.

1- الفرق من حيث نوع السائل

• تتواجد خاصية اللزوجة في السوائل المتحركة فقط.
• بينما خاصية التوتر السطحي في السوائل المتحركة وغير المتحركة.

2- سبب الحدوث

• تحدث اللزوجة بسبب القوى المؤثرة على الجزيئات المتحركة.
• بينما يحدث التوتر السطحي بسبب القوى غير المتساوية بين الجزيئات المختلفة، بحيث تكون قوى الجذب بين جزيئات المادة أكبر من القوى بينها وبين جزيئات المواد الأخرى.

3- التأثير على الجزيئات

• تحدث اللزوجة تاركة تأثيرها الذي يجعل مقدار اللزوجة (المقاومة) أقل في السائل الذي يتدفق بشكل أكبر، وهو ما يُشير إلى أن القوى الموجودة بين الجزيئات تكون أقل، والعكس صحيح.
• يحدث التوتر السطحي مؤثرًا على قوى التماسك بين جزيئات سطح السائل، حيث تكوّن طبقة شبيهة للغشاء المطاطي المشدود؛ تجنبًا لحدوث الاختلاط بينها وبين الجزيئات المجاورة، والماء هو أبرز مثال.

كيفية قياس التوتر السطحي

يُقاس التوتر السطحي باستخدام الأنابيب الشعرية، ويُرمز لارتفاع السائل داخل الأنبوبة الشعرية بالرمز “h”، ونصف قطر الأنبوبة بالرمز “r”، ويُمكن حساب معدله من خلال العلاقة الرياضية: t = 1/2dgr (h+1/3r)

مع العلم أن:

• رمز التوتر السطحي للسائل هو t.
• رمز كثافة السائل هو d.
• رمز عجلة الجاذبية الأرضية g.

تطبيقات على ظاهرة التوتر السطحي

1- الصابون والمنظفات

تستخدم المنظفات والصابون في تنظيف الملابس بسبب فعاليته في تقليل التوتر السطحي للماء، وهو ما يسمح له بالتغلغل داخل الأقمشة وتنظيفها بعمق.

2- الفقاعات المستديرة

يتوتر الجدار بسبب التوتر السطحي الحادث في الماء بقدر كافي لتكوين الفقاعات المستديرة، حيث يُسهم الماء في تقليل توتر الجدار.

3- صناعة الخيام

يجب أن تُصنع الخيام من مواد مقاومة للماء عمومًا، وللمطر على وجه التحديد؛ تجنبًا للمشاكل التي قد يتعرض لها من يعيش داخلها في فصل الشتاء، لكن من خلال لمسة واحدة يُمكن أن يزول تأثير المقاومة للماء.

يحدث ذلك بسبب دور التوتر السطحي للماء في سد مسام المواد المنسوجة بدقة، وعند لمس هذا النسيج يتكسر التوتر السطحي، بالتالي ينزل عليها الماء ويتسرب من داخلها.

تطبيقات على ظاهرة اللزوجة

1- معدات التصنيع

تحتاج المعدات أن يتم تشحيمها من وقت لآخر حتى تعمل بمرونة تامة، حيث يُمكن أن تتسبب اللزوجة في انغلاق الأنابيب من فرط تكدس زيوت التشحيم، مع العلم أن زيوت التشحيم قليلة اللزوجة، لذا فهي توفر قدر قليل من الحماية للأجزاء المتحركة.

2- اللزوجة في الدم

يجب أن يكون معدل اللزوجة في الدم مضبوط، حيث يُمكن للزوجة الدم الزائدة أن تتسبب في الإصابة بالجلطات الداخلية الدموية الخطيرة، لكن جدير بالمعرفة أن الدم قليل اللزوجة لا يتخثر بسهولة، وهو ما يُمكن أن يسبب فقدان كمية كبيرة جدًا من الدم أثناء حدوث النزيف.

3- تشحيم المركبات

توجد عِدة عوامل مرتبطة ببعضها البعض في محرك السيارة، إذ تؤثر لزوجة زيت المحرك على معدل الاحتكاك، وهو ما يؤثر على الحرارة، ومعدل استهلاك الزيت، وإمكانية تشغيل السيارة بسهولة في الأجزاء الباردة والحارة.

إذا انخفض معدل لزوجة الزيت، يصبح أكثر رقة مع ارتفاع درجات الحرارة، وهو ما يتسبب في مشكلات عديدة أثناء تشغيل السيارة في أيام الصيف.