Přejít na hlavní obsah

Proč jsou kapky kulaté?

Tajemství tvaru kapky vody, ale i kachen plovoucích po hladině rybníka spočívá v povrchovém napětí.

Kapky vody mají kulatý tvar díky povrchovému napětí.

Málokdo si uvědomuje, kolik věcí, situací a jevů kolem nás je spojeno s tzv. povrchovým napětím. S jeho projevy se setkáváme téměř na každém kroku. Než se na některé z nich podíváme, nejprve si stručně vysvětleme, jak povrchové napětí vzniká.

Povrchové napětí má svůj původ v silách působících mezi molekulami kapaliny. Představme si vodní kapku, která má původně tvar koule. Jestliže ji začneme deformovat do více protáhlého tvaru, budeme přitom molekuly v kapce od sebe vzdalovat a současně bude růst velikost povrchu kapky. Při vzdalování molekul musíme překonávat přitažlivou sílu mezi nimi, a konat tak práci. Ukazuje se, že tato práce je přímo úměrná zvětšení povrchu kapky. Dá se říci, že kapka se "brání" zvětšení svého povrchu, a ten se pak chová jako jakási blána, která má určité mechanické napětí.

Povrchové napětí může za kulatý tvar vodních kapek v nejrůznějších situacích: těch, které odkapávají z vodovodního kohoutku, kapek rosy na obilí nebo i těch dešťových. Povrchové napětí zaoblí i mýdlové bubliny nebo velkou vodní kapku na žhavé plotně, která zde vydrží poměrně dlouho díky tomu, že je nadnášena vodní párou, která se z ní vlivem tepla uvolňuje.

Kapka odkapávající z vodovodního kohoutku.

Kapky rosy na obilí. Protože jsou listy obilí vodou málo smáčivé, kapky se po nich nerozlévají, ale díky povrchovému napětí zaujmou téměř kulový tvar.
Velká vodní kapka na žhavé plotně je nadnášena vodní párou, která se z ní vlivem tepla uvolňuje. Proto kapka plotnu nesmáčí a povrchové napětí zaoblí její tvar.
A k čemu je povrchové napětí užitečné? Tak například vodním ptákům, jako jsou kachny, husy nebo labutě, umožňuje plavat. Vrstvička tuku na jejich pírkách totiž odpuzuje vodu. Aby se voda dostala do malých mezer mezi pírky, musel by se mnohonásobně zvětšit její povrch, ale tomu brání povrchové napětí. Mezi pírky tak zůstává mnoho vzduchu, který pomáhá kachnu nadnášet. 

Podobně fungují i membrány typu Goretex. Mají mnoho mikroskopických dírek, které snadno propouští vzduch, ale voda by se musela rozprášit na malé kapičky, aby jimi prošla. Tomu ale brání povrchové napětí, membrána je tím pro kapalnou vodu prakticky neprostupná a turista oblečený do goretexové bundy v dešti nepromokne.

Vodoměrky a desetník
Tak jako kachny, také vodoměrky mohou plovat na vodě díky povrchovému napětí. Pod tlakem nesmáčivých chloupků na jejich nohou se vodní hladina prohne. Prohnutá hladina má větší plochu, než by měla hladina rovná, povrchové napětí se snaží hladinu vyrovnat, a tak vodoměrku nadnáší. Z podobného důvodu plovou také dnes již neplatné desetníky. Síla, která minci drží na hladině, působí po jejím okraji od prohnuté vodní hladiny, o které jsme si řekli, že se chová jako pružná napjatá membrána.

Desetníky plavou na vodě díky silám povrchového napětí, které na ně působí na jejich obvodu. Zřetelně je vidět prohnutí vodní hladiny kolem mincí.

Svíčka by zase bez povrchového napětí nemohla hořet.  Když odhoří část roztaveného parafínu v horním konci knotu, rozhraní mezi parafínem a vzduchem se prohne dovnitř mezi vlákna knotu, což poněkud zvětší povrch rozhraní parafín-vzduch. Povrchové napětí parafínu se tomuto zvětšení snaží zabránit a výsledkem je nasátí dalšího parafínu ze spodních částí knotu a tím přísun paliva a udržení plamene.

Povrchové napětí se využívá k zaoblení okraje sklenic při jejich výrobě.  Po vyfouknutí se totiž odřízne z vršku sklenice část, která byla připojena ke sklářské píšťale, čímž vnikne ostrý okraj. Pak stačí okraj zahřát a povrchové napětí skla jej samo zaoblí.

Zaoblený okraj sklenice vznikne z původního ostrého jen tím, že jej nahřejeme. Povrchové napětí skla jej pak samo zaoblí.

Při lití mléka z krabice, zvláště když vytvoříme jen malý otvor, můžeme pozorovat velmi zajímavé tvary proudící kapaliny.

Při lití mléka z krabice vznikají díky povrchovému napětí velmi zajímavé tvary proudící kapaliny.
To, že se mléko nerozstřikuje na všechny strany, ale proud drží pohromadě, nebo se dokonce poněkud rozbíhavý proud opět sbíhá, je opět způsobeno povrchovým napětím.

Může způsobit i smrt
Smrtelně nebezpečným jevem je embólie, kdy vzduchová bublina doslova ucpe tepénky, a zamezí tak zásobování nějaké tkáně nebo orgánu. Mohlo by se zdát zvláštní, že vzduch, který je mnohem řidší než krev, by mohl tepnu ucpat. Pro to, aby bublina prošla kapilárami, by se ale musel výrazně zvětšit její povrch a tomu opět povrchové napětí zabrání, a cévy se tak ucpou.

Povrchové napětí se ale projevuje i v bezpočtu dalších situací. Setkáme se s ním i při dešti, pití ze sklenice, vaření čaje nebo praní prádla.

Hlavní novinky