هل فكرت يومًا في سبب سير بعض الحشرات على سطح الماء دون أن تغرق؟ أو فكرت في السبب الذي يجعل بعض المعادن تطفو على سطح الماء؟ نعم!! إنّ قطعة النقود التي لا تغوص في الماء حقيقة يمكن التأكّد منها! وذلك بإجراء بعض التجارب البسيطة.
قطعة نقود لا تغوص في الماء!
نبدأ بالأجسام الصغيرة كالإبرة مثلًا. قد يبدو لك أنّه لا يمكن وضع الإبرة في إناء دون أن تغرق. في حين أنّه في الواقع يمكن بسهولة جعلها تطفو على سطح الماء. نضع على صفحة الماء قصاصة من الورق الذي لا يتبلّل بالماء كالورق الذي يُسْتَعمل في الفرن، ونضع فوقها إبرة جافّة تمامًا. وما علينا الآن إلّا أن نسحب القصاصة من تحت الإبرة. وذلك بالشكل التالي: نأخذ إبرة ثانية أو دبّوسًا، ونضغط بهما على حافات القصاصة لنجعلها تغوص في الماء، ثم ننقل الضغط تدريجيًّا إلى الوسط حتى تغوص القصاصة برمّتها في الماء. أما الإبرة فستبقى طافية على سطح الماء. ونستطيع مع التمرين وخفّة الحركة الاستغناء عن قصاصة الورق، وذلك إذا تناولنا الإبرة بين أصابعنا ووضعناها على صفحة الماء بصورة أفقيّة مع ارتفاع قليل جدًا. ويمكن أن نجعل الدبوس يطفو على صفحة الماء، بدل الإبرة، على ألّا يزيد سمك كل منهما على 2 ميليمتر، وكذلك الزر الخفيف والقطع المعدنيّة الصغيرة المسطحة. وبعد التمرين بتلك القطع الخفيفة، نحاول أن نجعل قطعة النقود تطفو على صفحة الماء.
إنّ سبب طفو هذه القطع المعدنية الصغيرة هو أن الماء لا يبلّل المعدن جيدًا، وذلك لأنّه مغطّى بطبقة دهنيّة رقيقة جدًا، نتيجةً لتداوله في أيدينا. ولهذا يظهر حول الإبرة أو القطعة المعدنيّة الطافية على صفحة الماء تجويف ظاهر للعين. وذلك اعتمادًا على مبدأ أنّ الدهون لا تندمج مع الماء. وعندما تحاول الطبقة الرقيقة للماء أن تستوي، تقوم بضغط الإبرة إلى الأعلى، وبذلك تعمل على إسنادها. كما تساعد قوّة دفع السائل من الأسفل على بقاء الإبرة على سطح الماء. وأسهل طريقة لتحقيق طفو الإبرة، هو دهنها بالزيت.
الضغط السطحي
هذه الظاهرة متعلّقة بما يسمى “الضغط السطحي” للماء “Surface Tension”. التوتر السطحي هو التأثير الذي يجعل الطبقة السطحيّة لأي سائل تتصرف كصفحة مرنة يصعب خرقها ينشأ عندما تشتبك جزيئات الماء مع بعضها البعض.
إنّ القوى والروابط بين جزيئات السائل هي المسببة عن الضغط السطحي. إن الجزيئات الداخليّة محاطة بجزيئات أخرى من جميع الجهات ممّا يجعل قوّة الترابط بين الجزيئات مقسّمة بشكل متوازي على جميع الجهات. أمّا الجزيئات على السطح ليس لديها جزيئات فوقها لذلك تكون قوّة الترابط بين الجزيئات السطحيّة أقوى مقارنةً بالجزيئات الداخليّة.
كيف تمشي الحشرات على سطح الماء؟
بعض الحيوانات الصغيرة والحشرات يمكنه الوقوف على سطح الماء وذلك بسبب أنّ وزن تلك الحشرات غير كافٍ لخرق الجدار السطحي للماء. فعندما تضغط هذه الحشرات بأرجلها على سطح الماء تظهر خدوش صغيرة على سطح الماء ولكنها لا تخترقه إلى الأسفل، كما أنّ حركة أقدام تلك الحيوانات تُعْتَبر مثل المجداف الذي يساعد على التقدم إلى الأمام. بالإضافة إلى أنّ طبقة الشعر الشمعيّة الموجودة في أقدام تلك الحيوانات تجعلها طاردة للمياه.
قطرات الندى الكرويّة!
تُقدّم ظاهرة الضغط السطحي تفسيرًا لكثير من الظواهر الشائعة في حياتنا. فعلى سبيل المثال تأخذ قطرات الندى أشكال شبه كرويّة على سطح أوراق الأشجار والنباتات. وذلك لأن شكل الكرة هو الشكل الهندسي ذو مساحة التصاق بالسطح أقل مقارنةً بغيره من الأشكال. فعند تساقط المطر أو تشكّل الندى، وبسبب الموادّ الدهنيّة على الأوراق، تلتصق قطرات الماء أقلّ التصاقًا بتلك الورقات، فتأخذ الشكل الكروي. █