Přejít na hlavní obsah

Dá se díky povrchovému napětí chodit po vodě?

Může člověk chodit po vodě a proč drží v oku kontaktní čočky? Odpověď je stejná, povrchové napětí.

Kancelářská sponka drží na hladině díky povrchovému napětí.

K jednomu z biblických zázraků patří i chůze po vodě. Někteří živočichové, jako třeba vodoměrky, ji zvládají celkem bravurně, jiní, jako lidé, o poznání hůře. Jednou se o to pokoušel sám svatý Petr, když už to vypadalo, že to půjde, ztratil víru a začal se topit. Vodoměrky se bát nemusí, i kdyby ztratily víru, k chůzi jim pomáhá zázrak v podobě povrchového napětí. 

Nechte mě dokázat zázračnost této pozoruhodné vlastnosti kapalin na pár příkladech, které vás jistě překvapí. Možná totiž právě teď využíváte povrchového napětí a ani to nevíte.

 >> povrchovému napětí se věnuje také jeden díl videoseriálu Badatelna

Ale o čem se to vlastně bavíme? Povrch hladiny vody se chová jako pružná blána kvůli silovému působení mezi molekulami kapaliny a okolí. Povrchové napětí představuje něco jako pevnost této blány. Čím je povrchové napětí menší, tím je i pevnost blány menší. Důležité je, že každý povrch kapaliny se snaží mít co nejmenší povrch, zaujímá tím totiž stav s co nejmenší energií. A čím větší má kapalina své povrchové napětí, tím víc „síly“ k tomu má a tím ochotněji svůj povrch zmenšuje. Proto se kapaliny samy od sebe tvarují do kulatých kapiček – koule má oproti ostatním tvarům nejmenší povrch. Kapalina, která má větší povrchové napětí, tvaruje kapičky mnohem ochotněji. Podrobné vysvětlení povrchového napětí najdete v každé učebnici, my se zde ale podívejme, jaké zázraky se díky povrchovému napětí kolem nás dějí.

Desetníky se drží na hladině díky povrchovému napětí.

Jeden z nich jsme uvedli již na začátku – chůze po vodě. Voda unese nejen vodoměrky, ale i kovy! Zkuste si doma opatrně položit na povrch hladiny třeba kancelářskou sponku nebo padesátník. Povrchová blána vody má dostatečnou sílu na to, aby padesátník unesla. S korunou se vám to ale na vodě již nepodaří. Na čem to tedy závisí? A mohl by chodit po vodě i člověk?

Aby se na hladině udržela koruna, museli bychom buď použít látku s větším povrchovým napětím, například rtuť, nebo zvětšit délku okraje koruny, tím samozřejmě také celou její plochu. Síly, které udržují předměty na hladině totiž působí právě tam, kde se stýká okraj předmětů s hladinou. Tam se hladina pod tíhou předmětů začne prohýbat, čemuž se povrchové napětí snaží zabránit (aby byl povrch blány co možná nejmenší). Chození po vodě pro člověka tak není nereálné, jeho chodidla by ale musela mít okraj dlouhý 9,5 kilometru (vypočítáno pro 70 kg člověka) a to by ještě nesměl zvedat jednu nohu... 

Zázrakem je jistě to, že voda má oproti většině kapalin velké povrchové napětí a její povrch je tak poměrně pevný. Kdybychom nechali vodoměrku poskakovat třeba na ethanolu, nikdy se jí to nepovede. Mimochodem vodoměrka je na chůzi po vodě dobře uzpůsobená – její nožičky jsou zvláštně zahnuté tak, aby se dotýkaly vodní hladiny velkou plochou.

Viktorie královská.

Slunění se na vodní hladině pak využívají s oblibou i některé rostliny, které tomu uzpůsobily velikost listů. Největší leknín světa, obří viktorie královská tak může dopřát chůzi po vodě alespoň dětem – pokud to ovšem již dovedou.

Vzpomeňte si na povrchové napětí také u vašeho oblíbeného šálku čaje. Všimli jste si někdy, jak se chová čajový sáček, když jej nejdříve vhodíte do hrnku, a pak ho rychle zalijete vodou, a jak, když ho pomalu noříte do vody?

. Vtip je v tom, že sáček obsahuje velmi mnoho malých otvůrků. Na pórech sáčku tak vznikne rozhraní vzduch (v sáčku) – voda. Hladina v otvůrcích by se musela prohnout a zvětšit svůj povrch, tomu ale brání povrchové napětí. Voda tak do sáčku otvory nepronikne a vzduch zůstane uvězněný v sáčku, a ten jej pak nadnáší. V druhém případě se sáček potápí do šálku okamžitě, protože při pomalém ponořování sáčku do vody vzduch stačí uniknout póry, které zatím nepřišly do kontaktu s vodou, ven a sáček s čajem se záhy potopí a čaj se lépe vyluhuje.

A až si svůj šálek čaje budete mít pod horkou vodou za pomoci prostředku na mytí nádobí, opět si vzpomeňte, protože se právě snažíte její pevnost blány snížit. Účel saponátů je ten, že snižují povrchové napětí vody, aby mastné a špinavé povrchy lépe smáčela (čím více se smáčí, tím více se rozprostírá do plochy, má větší povrch a tedy potřebuje mít nižší povrchové napětí) a vám se je tak dařilo omývat. Ostatně i s teplotou se povrchové napětí snižuje a vám se tak nádobí myje snáze otočením červeného kohoutku.

Stejné je to s oblíbenou hračkou dětí i rodičů – bublinami. Abychom mohli vytvořit bublinu z vody, přidáváme saponát, který vodě sníží její povrchové napětí tak, že jsme schopni z ní tvořit tenounké blány s velkým povrchem.

>> více o tom, jak připravit ideální směs do bublifuku, v nové Badatelně

Zajímavý je také princip Gore-Texových materiálů, které díky povrchovému napětí nepropouští do vnitřku bot kapky vody. Kapky by se musely výrazně zmáčknout, aby prošly póry. Tím by se ale jejich povrch značně zvětšil, a tomu brání právě povrchové napětí. Určitě vás napadne, proč se to neděje i u velkých otvorů. Zkuste si situaci v hlavě představit. U velkého otvoru není změna povrchu kapaliny tak velká, jako u malého. Gore-Texové materiály tak ve své podstatě nejsou až tak nevšední, jen mají vlákna velmi blízko sebe. Naštěstí voda ve formě páry z bot odcházet může a tak se nám nohy tak snadno nezapaří.

Ne všude nám ale povrchové napětí pomáhá, někdy pro nás může být dokonce smrtelné. Plicní embolie je obecné označení pro usazenou překážku v krevním řečišti. Při vzduchové embolii není touto překážkou krevní sraženina, jak tomu bývá nejčastěji, ale vzduchová bublinka. Je těžko představitelné, že vzduchová bublinka může pro pulsující krev vytvořit neproniknutelnou stěnu. Na vině je opět povrchové napětí, které se snaží zabránit zvětšení povrchu bublinky. Krev by tak ráda protnula bublinu v půli a udělala z ní dvě, nebo ji obtekla po stěně cévy, to by ale znamenalo zvětšení povrchu bublinky a na to nemá krev dostatečnou energii. Tato nešťastná situace nastává při poranění velkých žil a komplikuje chirurgické zákroky, kde se na vzduchovou embolii musí neustále myslet.

Pokud zůstaneme v lékařství, nesmíme zapomenout ani na kontaktní čočky. Napadlo vás někdy, proč drží kontaktní čočka v oku? Odpověď je samozřejmě povrchové napětí. Mezi čočkou a okem je tenká vrstvička slz. Pokud by se čočka chtěla oddálit, musel by se povrch vrstvičky slz zvětšit, aby překonal povrchové napětí. Pokud se ve velmi výjimečných případech stane, že čočka z oka vypadne, jde často o tvrdší a menší čočky, které na oku nelpí tak dobře, jako měkké čočky o větším povrchu.

Hlavní novinky