Ejemplo de Tensión Superficial

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Autor: Redacción Ejemplode.com, año 2019

La Tensión Superficial es la Fuerza ejercida en la superficie de un líquido que está en reposo, para contrarrestar el peso de un objeto ligero que se posa sobre él. Además, la Tensión Superficial se puede definir como la Fuerza que ejerce un líquido para resistirse a ser roto en su superficie. Es la principal propiedad que sostiene a las pompas de jabón, consistentes y firmes.

Los líquidos tienen como una de sus propiedades principales un volumen fijo, cuya forma variará de acuerdo con el recipiente que los contengan. Los líquidos se adaptan a la forma del recipiente, ocupando siempre por gravedad la parte más baja de éste. De este modo, dejan una superficie libre, no totalmente plana, o adoptan formas especiales como gotas, pompas o burbujas.

Existen entonces las Fuerzas Superficiales, llamadas Cohesión y Adhesión, que se explican a continuación:

Cohesión: Es cuando dos superficies de líquidos diferentes se van afectando por una fuerza de atracción entre sí, que se activa en las moléculas más exteriores.

Adhesión: Es cuando un líquido se incorpora por atracción a la superficie de un sólido, difundiéndose en esa área.

Estas dos Fuerzas superficiales son responsables de varios fenómenos biológicos, basadas en los conceptos de Tensión Superficial y Capilaridad.

Tensión Superficial

En un líquido, cada molécula se encuentra rodeada por más moléculas; de esta manera la atracción en todas las direcciones se compensa en cada punto del líquido, excepto en la superficie, donde al no haber moléculas más arriba, sino sólo aire, las fuerzas se dirigen al interior del líquido, generando así una atracción neta hacia ese contenido.

El líquido, entonces, tiende a hacer cohesión, lo que es lo mismo que no dispersarse, y a minimizar su superficie, formando gotas. La superficie del líquido tendrá el comportamiento de una película que ofrece resistencia a su deformación, y por tanto resistencia a romperse.

Para medir esa Fuerza de Cohesión, se considera una estructura de alambre con un lado deslizante, en la que se coloca una capa de líquido. Una comparación simple de esta estructura, es con un aro para soplar pompas de jabón, en el que se puede deslizar un poco el alambre para hacer el aro más grande.

El líquido va a tratar de minimizar la superficie, designada por S, ejerciendo una fuerza F sobre el lado deslizante, que se puede medir. Se concluye que el cálculo de la Fuerza queda:

Fuerza en la Tensión Superficial

Donde γ es la Tensión Superficial, y l es la longitud del cable que se desliza.

La Tensión Superficial γ es una propiedad del líquido. La Fuerza F dependerá de l, la longitud del cable deslizante, pero no de la superficie S. Se introduce el factor 2 porque hay dos superficies, que son la interna y la externa del alambre deslizante, que está en contacto con la del líquido.

La Tensión Superficial γ es la Fuerza por unidad de longitud que ejerce una superficie de un líquido sobre una línea cualquiera, situada sobre ella como borde de sujeción.

La Fuerza originada en la Tensión Superficial es perpendicular a la línea de la superficie, y tangente a la ésta.

La Tensión Superficial γ también se puede definir como la Energía por Unidad de Área que se necesita para aumentar una superficie, y se expresa con la siguiente fórmula:

Tensión Superficial como Energia

Como se requiere energía para que se forme una superficie, los líquidos tienden a reducir su área expuesta, respecto a los alrededores. Es por ese asunto que las superficies de los cuerpos de agua como lagos, mares y océanos en un estado de calma sean planas.

La Tensión Superficial es medida en Newton cada metro (N/m), y para cada sustancia disminuye al aumentar la temperatura. La del agua es mayor que en la mayoría de los líquidos, y es debida también a que es uno de los líquidos más densos, con 1 g/cm3 de densidad.

A continuación se muestra una tabla con los valores de algunas sustancias, propios de una serie de temperaturas.

Liquido

T(°C)

γ(N/m)

Helio

-270

0.0002

Hidrógeno

-255

0.002

Neón

-247

0.005

Oxigeno

-193

0.016

Etanol

20

0.022

Agua con jabón

20

0.025

Agua

100

0.059

Agua

60

0.062

Agua

20

0.073

Agua

0

0.076

Mercurio

20

0.465

Plata

970

0.800

Tensoactivos o Surfactantes

En ocasiones se requiere disminuir la Tensión Superficial de un líquido. Se logra disolviendo en él las sustancias llamadas Tensoactivos o Surfactantes, que forman una película superficial cuyas moléculas apenas son atraídas por las moléculas del líquido interior.

Gracias a los surfactantes, se facilita que el líquido en cuestión llegue a mojar.  

Ejemplos de Tensión Superficial

El mosquito que se posa sobre el agua, quedando suspendido en la superficie.

Tensión Superficial: Mosquito sobre el Agua

Una placa de unicel o Poliestireno suspendida en el agua.

Tensión Superficial: Poliestireno

La lámina de agua que se forma en la argolla antes de soplar una pompa de jabón.

Tensión Superficial: Pompas de Jabón

Las partículas más ligeras de arena o polvo, si no se agitan, quedan suspendidas en la superficie del agua.

Tensión Superficial: Particulas de polvo

Cuando hay en un vaso agua y aceite, en la separación entre ambas por densidades hay tensión superficial.

Tensión Superficial: Agua y Aceite

Cuando se agita mucho una bebida saborizada, las burbujas generadas quedan en la superficie, cada una involucrada en la tensión superficial total.

Tensión Superficial: Bebida saborizada

La espuma del agua jabonosa en la operación de una lavadora tiene burbujas y pompas que se forman antes del enjuague.

Tensión Superficial: Espuma

Los barcos aprovechan esta propiedad del agua para mantenerse a flote, gracias a que llevan en el interior aire. Son como una burbuja flotante en la superficie del agua.

Tensión Superficial: Barco a Flote

Las tablas de surf generan tensión superficial cuando el agua está en reposo, y cuando hay movimiento, se sostienen firmes.

Tensión Superficial: Tabla de Surf

Cuando la leche bronca se hierve, comienza la generación de una nata, que se consolida cuando la leche se enfría. Es una capa gruesa de grasa encima de la parte liquida.

Tensión Superficial: Nata

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Citado APA: (A. 2017,10. Ejemplo de Tensión Superficial. Revista Ejemplode.com. Obtenido 10, 2017, de https://www.ejemplode.com/37-fisica/4703-ejemplo_de_tension_superficial.html)

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Autor: Redacción Ejemplode.com, año 2019

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