Tensión Superficial

Daniela Cadena Losada.
Colegio Anglo Americano.
Grado: Décimo.
Asignatura de física.

Tensión Superficial:

Puede ser definida como la fuerza ejercida por una superficie líquida sobre la unidad de longitud de su contorno, es decir, un líquido ejerce unas fuerzas (fuerzas de cohesión) perpendiculares sobre la superficie que está en contacto con él y a su vez la orientación del líquido es la que determina la dirección de la fuerza.

Comportamiento de moléculas en un líquido.

Teorías y uso de la tensión superficial:

La tensión superficial también se puede definir como "la propiedad de una sustancia líquida que le permite soportar una fuerza externa.

Existen dos fuerzas superficiales:

• Cohesión: Es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes de un mismo cuerpo.
• Adhesión: Es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos y en un líquido es cuando ese mismo se incorpora por atracción a la superficie de un sólido, difundiendose en esa área.

La teoría molecular estipula que en un líquido las moléculas actúan entre sí por medio de fuerzas (varían según el líquido) que son iguales y contrarias que se anulan en la interacción, pero esto no ocurre con las de la superficie por lo cual tienen una mayor atracción entres sí, como resultado de esta atracción la superficie de un líquido se comporta como una membran tensionada.

                                                

• Los líquidos tienden a minimizar su área superficial.
• La tensión superficial de un líquido tiende a disminuir al aumentar la temperatura, lo que significa que son inversamente proporcionales.

"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 calculo de esa fuerza queda:

Nos damos cuenta que la fuerza F es proporcional a la longitud.

¿Por qué es importante la tensión superficial? 

• Porque es un buen indicador de cambios en la composición de una muestra líquida, si una mezcla se contamina o es modificada de manera no intencionada la tensión superficial se va a ver afectada y cambiará.
• Es la responsable de muchos de los comportamientos de los líquidos.

Teniendo claro que la tensión superficial es el conjunto de fuerzas que una superficie líquida ejerce en su contorno, perpendicularmente a él, tangenciales a la superficie y dirigidas hacia el seno de su superficie obtenemos la siguiente fórmula:

• γ = f / L donde γ es la tensión superficial,  f  la fuerza ejercida por la superficie de un líquido y L la longitud de su contorno.
• Unidades utilizadas para medir la tensión superficial: N/m, dina/cm, g/cm.

Ejemplo:

• El mosquito que se posa en el agua y queda suspendido en la superficie:

• PROBLEMA: A la altura sobre el nivel del depósito subirá el agua (a 20 °C) en un tubo de vidrio, si su diámetro es de 1.6 mm?

          SOLUCIÓN: Si se toma la suma de fuerzas en la dirección vertical sobre el agua del tubo que            ha subido sobre el nivel del depósito, tenemos: 

                                          Fγ,z − W = 0 

                                          γπdcos(θ) − ρ g(∆h)(π d 2 /4) = 0

          sin embargo θ es tan pequeño que se puede suponer que es 0°; Por lo tanto cos(θ)≈ 1, entonces:

                                          γπd − ρ g(∆h)(π d 2 /4) = 0

          O bien:

                                          ∆h = 4 γ/ ρ g d = (4)(0.073 N/m) /(9790 N/m3)(1.6 × 10−3m) = 18.6 mm

• Las gotas de agua:

El último ejemplo nos lleva a hablar de otro fenómeno en el que se ve implicada la tensión superficial: 

• Las burbujas:  "La tensión superficial causa una diferencia de presión en el interior y el exterior de una burbuja de jabón o una gota de líquido."  

           Las burbujas tienen 2 películas (una más que cualquier líquido en reposo) con una capa                      delgada de líquido entre ellas. A causa de la tensión superficial las películas tienden a                          contraerse en un intento de minimizar el área superficial, pero al contraerse, la burbuja                        comprime el aire en el interior, aumentando la presión hasta impedir una mayor concentración.

• Gotas: "La tensión superficial es la responsable de la forma de gotas en los líquidos." tienden a tener su formación por las fuerza antes mencionadas (las cohesivas) sobre la capa superficial

TEORÍA DE LAPLACE: 

"Es la ley física que relaciona el cambio de presiones en la superficie que separa dos fluidos de distinta naturaleza con las fuerzas de línea debidas a efectos moleculares.

Esta ley es aplicada en:

• La tensión Superficial.
• La capilaridad.
• Gotas.
• Burbujas.
• Ley de pascal.

BIBLIOGRAFÍA:

https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/23976/1/Tensi%C3%B3n%20superficial.pdf

https://www.ugr.es/~pittau/FISBIO/t5.pdf

http://www.principia-malaga.com/p/images/pdf/tension_superficial.pdf

http://www.odon.uba.ar/uacad/biofisica/fisioybiofisica/hidro.pdf

http://www2.ib.edu.ar/becaib/cd-ib/trabajos/Morales.pdf

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/ptens.html

http://dev.worldpossible.org:81/wikipedia_es_all_2016-02/A/Ley_de_Laplace.html

https://www.uv.es/piefisic/w3demos/castellano/catalogo/demos/demo63/demo63.pdf

https://www.edu.xunta.gal/centros/iesmontecarrascocangas/aulavirtual2/pluginfile.php/1630/mod_resource/content/0/Resumen_del_Tema_4.pdf

https://www.ejemplode.com/37-fisica/4703-ejemplo_de_tension_superficial.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/surten2.html

http://www.astro.ugto.mx/~papaqui/ondasyfluidos/Tema_2.03-Tension_Superficial.pdf