Tensión superficial de un líquido
En física, se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido presenta una resistencia al aumentar su superficie, lo que en efecto permite a algunos insectos, como el zapatero desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.
Tensión superficial del agua con una moneda
Vamos a investigar sobre la tensión superficial del agua con un experimento clásico y sencillo. Se trata comprobar cuántas gotas de agua se pueden colocar sobre la superficie de una moneda sin que el agua se desborde. ¡Seguro que te sorprende!
Materiales:
§ Una moneda.
§ Un cuentagotas, por ejemplo de un medicamento, o una pipeta.
§ Un vaso de agua.
§ Jabón o detergente.
§ Una cuchara.
§ Rollo de cocina o paño para secar la moneda.
Procedimiento:
§ Antes de empezar con el experimento es conveniente lavar la moneda para eliminar restos de suciedad. Después no olvides secarla.
§ Coloca la moneda sobre una mesa y comienza a añadir gotas de agua poco a poco. A la vez, tienes que ir contando las gotas hasta que el agua se derrame. Mientras, observa cómo se van situando las gotas y la increíble forma de cúpula que adquiere el agua.
§ Seca la moneda con el papel de cocina y repite el experimento varias veces anotando los resultados.
§ A continuación, echa unas gotas de detergente en el agua del vaso, remueve para mezclarlo bien y vuelve a hacer el experimento ¿Observas alguna diferencia en el comportamiento del agua?
¡Se ha formado una cúpula enorme!
¡Las gotas se van juntando en una gran gota! ¡Se atraen mutuamente!
Con detergente las gotas no se atraen tanto y se extienden mucho más sobre la superficie de la moneda. Caben menos gotas porque la cúpula que se forma es bastante más baja
¡Menuda diferencia! Podemos poner más del doble de gotas de agua (aproximadamente) que de gotas de agua con jabón.
¿Qué ocurre?
Debido a su estructura, la molécula de agua tiene carácter polar. Significa que por un extremo tiene carga positiva y por la otra carga negativa.
La diferencia de polaridad es la responsable de que las moléculas de agua se atraigan entre ellas, ya que el extremo positivo de una molécula atrae al negativo de otra (y el negativo de una, atrae al positivo de otra). Este tipo de atracción entre moléculas recibe el nombre de cohesión y en el agua es extraordinariamente alta.
La molécula de agua es polar.
En esta representación, las fuerzas de cohesión a izquierda y derecha se cancelan. Lo mismo sucede arriba y abajo
La existencia de una gran cohesión entre las moléculas de agua explica que cuando vamos añadiendo las gotas sobre la moneda, estas no se mantengan separadas, sino que se junten en una única gota cada vez más grande.
El que el agua acabe curvándose y formando una espectacular cúpula también es consecuencia de la cohesión. El motivo es que las moléculas que están situadas en el interior del líquido están rodeadas de moléculas de agua por todas partes. Como las fuerzas de cohesión aparecen en todas las direcciones, la fuerza resultante a la que están sometidas es cero.
Sin embargo, en la superficie del líquido, la cohesión ocurre entre moléculas situadas horizontalmente y por debajo, ya que por arriba no hay agua, sino aire. En este caso la fuerza neta en los laterales se anula y por ello, la resultante de las fuerzas de cohesión va dirigida hacia abajo, es decir, hacia el interior del líquido.
La consecuencia es que la superficie del líquido se comporta como si fuese una película o membrana elástica en tensión. Es el fenómeno conocido como tensión superficial.
Aquí, en la superficie del líquido, las fuerzas de cohesión a izquierda y derecha también se cancelan. Solo queda la fuerza dirigida hacia el interior.
La tensión superficial del agua justifica muchas cosas, por ejemplo, que las gotas y las pompas tengan forma esférica o que determinados insectos puedan caminar sobre la superficie del agua. Y en nuestro experimento la tensión superficial es la responsable de que se forme una gran cúpula en la moneda
Si añadimos un poco de detergente, observamos que las gotas de agua se extienden mucho más por la moneda. Gracias a la acción del detergente, las fuerzas de cohesión disminuyen y la tensión superficial baja. En este caso ya no se acumulan tantas gotas en la moneda y la cúpula que aparece es notablemente más baja
Experimento de tensión superficial con un clip
Experimento Tensión superficial (piel del agua) una energía muy limpia
Material: Para realizar nuestro experimento necesitamos un trozo de cartulina, unas tijeras, un recipiente con agua, detergente, un palito y cera de una vela.
Procedimiento: De un trozo de cartulina se recorta una flecha. En el centro de la figura se recorta un canal estrecho que termine en la parte final de la flecha. Se engrasa la figura de la cartulina con un poco de cera y se deja flotar la figura en el agua.
Si se deja caer una gota de detergente en el canal, cerca de la punta de la flecha, la figura de cartulina se pone en movimiento. Otra posibilidad es mojar un palito de madera en detergente y luego tocar con el palito en el canal.
Explicación
El detergente tiene menor tensión superficial que el agua. Por este motivo, la gota de detergente que se deja caer en el canal cerca de la punta de la flecha se dirige hacia fuera del canal y, por el principio de acción y reacción, la flecha se pone en movimiento en sentido contrario.