La tension superficielle est une propriété physique des liquides qui fait référence à la force qui agit sur la surface du liquide et tend à réduire la surface au minimum possible. Cette propriété est le résultat des forces de cohésion entre les molécules du fluide.
Cette propriété permet à certains objets de flotter à la surface d'un liquide, comme les insectes aquatiques qui peuvent marcher sur l'eau.
La tension superficielle joue également un rôle important dans des phénomènes tels que la capillarité, c'est-à-dire la capacité d'un liquide à s'élever contre la gravité à travers un tube étroit.
Par exemple, la tension superficielle de l'eau est l'une des plus élevées parmi les liquides courants. La valeur typique de la tension superficielle de l'eau à 20 degrés Celsius est d'environ 72 millinewtons par mètre (mN/m) ou 72 dyn/cm.
Comment ça marche?
Dans un liquide, les molécules à l'intérieur sont entourées et attirées dans toutes les directions par d'autres molécules adjacentes. Cependant, à la surface du liquide, les molécules sont seulement entourées et attirées vers l'intérieur et vers les côtés, créant une force nette vers l'intérieur. Cette force nette est responsable de la tension superficielle.
En raison de la tension superficielle, les gouttelettes de liquide ont tendance à avoir une forme sphérique, car cette forme minimise la surface exposée à l'environnement.
Mesure et unités
La tension superficielle peut être mesurée à l'aide d'un certain nombre de méthodes, telles que l'utilisation d'un tensiomètre, qui mesure la force nécessaire pour étirer ou casser un film liquide.
L'unité de mesure de la tension superficielle est le newton par mètre (N/m) ou l'équivalent du joule par mètre carré (J/m²).
Formule de tension superficielle
La formule mathématique pour calculer la tension superficielle d'un liquide est basée sur la relation entre la force agissant sur la surface du liquide et le périmètre de la surface. La formule est la suivante :
T=F/L
Où:
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T représente la tension superficielle du liquide.
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F est la force agissant sur la surface du liquide.
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L est le périmètre de la surface du liquide.
La tension superficielle est exprimée en unités de force par unité de longueur, telles que les newtons par mètre (N/m) ou dyn/cm.
Il est important de noter que cette formule est une représentation basique et simplifiée de la tension superficielle. Dans des situations plus complexes ou avec des formes de surface irrégulières, des équations plus complexes peuvent être nécessaires pour calculer avec précision la tension superficielle.
Des exemples dans la vie de tous les jours
Voici quelques exemples qui illustrent la tension superficielle dans différentes situations de notre vie quotidienne et dans des phénomènes naturels :
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Gouttes d'eau : Lorsqu'une goutte d'eau se forme, elle a tendance à prendre une forme sphérique en raison de la tension superficielle. Les molécules d'eau à la surface de la goutte sont attirées les unes vers les autres, créant un film de surface qui minimise la zone exposée à l'air.
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Insectes sur l'eau : Certains insectes, comme les cordonniers ou les punaises d'eau, peuvent marcher à la surface de l'eau sans couler. Cela est dû à la tension superficielle de l'eau. Les pattes de ces insectes brisent à peine la surface de l'eau en raison de la force de tension superficielle, ce qui leur permet de flotter et de se déplacer dessus.
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Capillarité chez les plantes : Cette propriété joue également un rôle important dans la remontée de l'eau à travers les capillaires des plantes. Les molécules d'eau adhèrent aux parois des vaisseaux et sont attirées les unes vers les autres, créant une force de cohésion qui permet à l'eau de s'élever contre la gravité à travers les tissus végétaux.
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Bulles de savon : Lorsqu'une bulle de savon est soufflée, elle prend une forme sphérique en raison de la tension superficielle. Le film de savon à la surface de la bulle est maintenu tendu par les forces de cohésion entre les molécules de savon.
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Formation de larmes : La tension superficielle du liquide lacrymal dans nos yeux est responsable des larmes qui se forment en gouttes et ne se répandent pas sur toute la surface de l'œil. Cette propriété maintient les larmes ensemble jusqu'à ce qu'elles soient assez grandes et assez lourdes pour tomber.
Expérience simple
Voici une expérience simple pour démontrer la tension superficielle de l'eau en utilisant des matériaux courants :
Matériaux nécessaires:
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Un récipient transparent (il peut s'agir d'un verre ou d'une tasse)
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Eau
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une pince en métal
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Du papier absorbant (par exemple, un morceau de papier absorbant)
Pas à suivre:
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Remplissez le récipient d'eau jusqu'au bord.
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Placez soigneusement le clip métallique sur la surface de l'eau. Remarquez comment le trombone flotte en raison de la tension superficielle de l'eau.
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Prenez un morceau de papier absorbant et placez-le à la surface de l'eau, en touchant le clip.
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Regardez ce qui se passe : le papier absorbant se mouille instantanément alors que le clip flotte encore. Cela se produit parce que l'eau est aspirée dans les fibres du papier absorbant, brisant la tension superficielle et permettant à l'eau de s'y imprégner.
Cette expérience montre comment la tension superficielle de l'eau permet à des objets légers, comme le trombone, de flotter à sa surface, et comment la tension superficielle se rompt lorsque l'eau entre en contact avec un matériau qui peut l'absorber, comme du papier absorbant.
