Chození po vodě

Bruslařky a vodoměrky využívají k chůzi po vodě povrchového napětí vody.

Všimli jste si někdy na rybníce či tůňce, že po vodní hladině „bruslí“ drobný hmyz? Jak to dělá, že se nepropadne pod hladinu? Hodilo by se to k něčemu, kdyby toho lidé dokázali využít?

Pojďme tedy vyzkoumat, jak funguje povrchové napětí vody, což je vlastně taková blanka na povrchu vody. Vezmeme si k tomu připínáček. Co myslíte, potopí se nebo zůstane na hladině?

• Dáme každému (či do dvojic) žákovi připínáček (bez plastu) a sklenici s čistou vodou
• Dáme připínáček (špičkou nahoru) opatrně do sklenice s vodou a pozorujeme, co se stane.
• Do sklenice s vodou přidáme kapku  “jaru”(nějakého detergentu na nádobí). Co se stane nyní? Proč si myslíte, že tomu tak je?

Question 1: What happens?

• Add a drop of dishwashing soap in the glass of water.

Question 2: What happens now?

Question 3: Why do you think this is?

Alternative activity: students build an aluminum foil water strider around a paperclip and make it float, as can be seen here.

Jednoduché vysvětlení

Spadli jste někdy do vody tak, že vás to zabolelo? Důvodem jsou síly, které způsobují, že se vodní hladina chová podobně jako napnutá fólie. (Na ukázku si můžeme vzít obyčejný, jemný igelitový pytlík, a napneme ho přes hrany hrnku. Uvidíme, že vytvoří pevnou, těžko proniknutelnou „stěnu“.) Díky tomuto povrchovému napětí vody se i železný připínáček udrží na hladině. Mýdlo či jiný prostředek na mytí narušuje tu povrchovou blanku, a připínáček proto pak už na hladině nevydrží.

Hmyz, který dokáže klouzat po hladině aniž by se potopil, využívá právě povrchového napětí vody. Aby při odrážení nepropíchl tu povrchovou blanku, má na koncích nožiček drobné chloupky (či drápky) ve kterých jsou rýhy, kde se drží bublinky vzduchu. Jezdí potom na jakémsi vzduchovém polštáři, od kterého se může odrážet i i dost velkou silou.

Podrobnější vysvětlení

Miniaturní kousky, ze kterých je voda složená se navzájem přitahují – jakoby se měly rády nebo k sobě navzájem lepily. Těmto mikrokousíčkům se říká molekuly. Molekuly na povrchu vody jsou přitahovány jen směrem do vody, v důsledku toho vytváří na povrchu onu elastickou blanku. Tato blanka brání připínáčku (a dalším dostatečně lehkým předmětům) v potopení. Když se do vody přidá mýdlo, tak molekuly mýdla vytvoří nelepivou vrstvu mezi molekulami vody, spojení mezi molekulami vody se tak oslabí, a voda proto ztratí svou pružnou vrstvu - proto se připínáček potopí.

Vědci pracují na miniaturních robotech, kteří budou v budoucnu moci zjišťovat kvalitu vody v různých částech jezer, moří, přehrad a řek. Tyto robůtci by se měli umět pohybovat po hladině vody, podobně jako to dělají nám (už známé) bruslařky či vodoměrky.

Dokázali byste vymyslet ještě nějaký další vynález, kde byste využili znalost povrchového napětí vody?

Some STEAM opportunities include:

• Identify the difference between the effects of air resistence, water resistence and fricion.
• Observing and raising questions about how different animals adapt.
• Analyse advantage and disadvantage of different adaptations/behaviours.
• Carrying out simple tests.
• Making predictions.
• Using scientific evidence to answer a question.
• Apply learning to real world problems.

Mohou roboti skákat po vodě? (find out more, and here and here).

Přečtěte si více o podivuhodných vodoměrkách (find out more).