UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA CAMPUS KENNEDY FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA

2011/10/10

TENSIÒN SUPERFICIAL

CAPILARIDAD

Nombre: Ricardo Ramìrez

Nivel: Sexto Mecánica

INTRODUCCIÓN

Los sólidos tienen una forma fija mientras que los líquidos se adaptan a la forma del recipiente que los contiene. Los sólidos actúan "en una sola pieza". Es decir, cada parte de un sólido se agarra firmemente de los fragmentos adyacentes de manera tal que si tratamos de desplazar una cuchara, podemos mover toda la cuchara. Esta propiedad se llama cohesión.

Pararse sobre el agua de una pileta o caminar sobre la misma puede parecer muy complicado y lo es para los humanos. Pero hay algunos insectos que son capaces de permanecer y descansar sobre la superficie del agua. Esto no es debido a que su densidad haga que floten. Por el contrario, de acuerdo a su densidad, si se ubica al mismo insecto en el medio del líquido, éste se hundiría. Pero los insectos son capaces de aprovechar la tensión existente en la superficie para reposar sobre ella.

Otros insectos que son más pesados no pueden darse semejante lujo. Sin embargo, mediante habilidosas maniobras son capaces de corretear sobre la superficie del líquido sin hundirse.

De esto se trata el siguiente tema, conocer parte de lo que se conoce como la tensión superficial; conocer su significado y las aplicaciones que se han venido dando desde que se supo de ella.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

• Conocer acerca de cómo ocurren algunos fenómenos que ocurren en la naturaleza al realizar un estudio simple sobre la tensión superficial y capilaridad.

• Conocer los usos y las aplicaciones en la industria que se le han dado a fenómenos físicos como la tensión superficial.

• Aprender a resolver ejercicios básicos sobre la capilaridad para asi adquirir un conocimiento acerca de este tema que nos puede servir en algún momento en nuestra carrera de ingeniería.

MARCO TEÒRICO

TENSION SUPERFICIAL

DEFINICION:La tensión superficial es la condición existente en la superficie libre de un líquido, semejante a las propiedades de una membrana elástica bajo tensión. La tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atracción no compensada hacia el interior del líquido sobre las moléculas individuales de la superficie; esto se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente. Concretamente, la tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra.

La tendencia de cualquier superficie líquida es hacerse lo más reducida posible como resultado de esta tensión, como ocurre con el mercurio, que forma una bola casi redonda cuando se deposita una cantidad pequeña sobre una superficie horizontal. La forma casi perfectamente esférica de una burbuja de jabón, que se debe a la distribución de la tensión sobre la delgada película de jabón, es otro ejemplo de esta fuerza. La tensión superficial es suficiente para sostener una aguja colocada horizontalmente sobre el agua.

“Como resultado de la tensión superficial, una cantidad pequeña de mercurio líquido adopta una forma casi esférica cuando se deposita sobre una superficie horizontal.”

EXPLICACION: Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, de ahí que el líquido esté "cohesionado". Cuando hay una superficie, las moléculas que están justo debajo de la superficie sienten fuerzas hacia los lados, horizontalmente, y hacia abajo, pero no hacia arriba, porque no hay moléculas encima de la superficie. El resultado es que las moléculas que se encuentran en la superficie son atraídas hacia el interior de éste. Para algunos efectos, esta película de moléculas superficiales se comporta en forma similar a una membrana elástica tirante (la goma de un globo, por ejemplo). De este modo, es la tensión superficial la que cierra una gota y es capaz de sostenerla contra la gravedad mientras cuelga desde un gotario. Ella explica también la formación de burbujas.

LA TENSION SUPERFICIAL EN LA NATURALEZA

La figura muestra un ejemplo de cómo algunos animales utilizan la tensión superficial del agua. En la figura se observa un arácnido, fotografiado mientras camina sobre el agua. Se observa que el peso del arácnido está distribuido entre sus cuatro patas y el abdomen, por lo que la fuerza de sustentación que debe proveer la superficie del agua (la tensión superficial) sobre las 4 patas y el abdomen debe ser igual al peso del arácnido.

UNIDAD DE MEDIDA DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL

La unidad de medida de la tensión superficial es el newton por metro (N.m^-1) que es equivalente a los julios por metro cuadrado (J.m^-2) que es la unidad de energía de superficie.
La tensión superficial es la fuerza que hay que aplicar sobre un líquido para provocar la extensión de su superficie. Podemos definir la energía de interfaz como una demasía de energía química cuando las moléculas de superficie se encuentran dentro del líquido.

APLICACIONES DE LA TENSION SUPERFICIAL

La tensión superficial es importante en condiciones de ingravidez; en los vuelos espaciales, los líquidos no pueden guardarse en recipientes abiertos porque ascienden por las paredes de los recipientes.

También es muy importante particularmente en los procesos industriales. Es capital, pues, de saber si su material es apto para la impresión o para el encolado.

Se Puede usa para crear productos impermeables basándose en su principio.

Se usa mucho para crear productos químicos que sean capaces de penetrar en las fibras de los tejidos para arrancar la suciedad.Estos productos bajan la tensión superficial y permiten que el agua moje mejor los espacios minúsculos entre las fibras;

CAPILARIDAD

CONCEPTO: Se conoce como capilaridad a la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido, por ejemplo, en las paredes de un tubo. Este fenómeno es una excepción a la ley hidrostática de los vasos comunicantes, según la cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos capilares (del latíncapillus,'pelo', 'cabello'), es decir, tubos de diámetro muy pequeño.

La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas creadas por la tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo. Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido (mojado) superan a las fuerzas de cohesión dentro del líquido (tensión superficial), la superficie del líquido será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático.

Este efecto ocurre por ejemplo con agua en tubos de vidrio limpios. Si las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de adhesión, la superficie del líquido será convexa y el líquido caerá por debajo del nivel hidrostático. Así sucede por ejemplo con agua en tubos de vidrio grasientos (donde la adhesión es pequeña) o con mercurio en tubos de vidrio limpios (donde la cohesión es grande).

LA CAPILARIDAD EN LA NATURALEZA

La absorción de agua por una esponja y la ascensión de la cera fundida por el pabilo de una vela son ejemplos familiares de ascensión capilar. El agua sube por la tierra debido en parte a la capilaridad, y algunos instrumentos de escritura como la pluma estilográfica (fuente) o el rotulador (plumón) se basan en este principio.

EXPLICACION:La capilaridad de los líquidos se debe a que la atracción de sus moléculas por la superficie con la que están en contacto (adhesión) es mayor o menor que la atracción que experimentan entre ellas mismas (cohesión). Las moléculas de agua, por ejemplo, se atraen menos entre sí de lo que son atraídas por el vidrio, por lo que el agua asciende por un tubo de vidrio delgado sumergido en un recipiente con agua. Las moléculas de mercurio, en cambio, se atraen más entre sí de lo que atraen al vidrio, por lo que el mercurio baja por un tubo de vidrio delgado sumergido en un recipiente con mercurio.

LA CAPILARIDAD DENTRO DE UN RECIPIENTE CILINDRICO:

En el caso de un capilar de radio r, la altura h extra que se eleva el líquido debido a esta fuerza depende de la longitud de contacto entre el líquido y el sólido, que en este caso es un círculo (asumiendo una forma cilíndrica para el capilar) cuyo perímetro es 2πr. También depende por supuesto de la naturaleza del líquido y el sólido en cuestión; esto se representa en una constante que denominaremos t. De esta manera, la fuerza total que hace elevar al líquido es 2πrt. La fuerza en contra del elevamiento del líquido está dada por el peso de la columna que suponemos cilíndrica en una primera aproximación. El volumen de este cilindro es pr2h. Siendo d la densidad del líquido y g la constante de la gravedad, el peso de esta columna está dado por πr2hdg. El equilibrio se cumplirá cuando estas dos fuerzas se equiparen, lo cual lleva a:

2πrt =πr2hdg

Nótese que las constantes d y t son fijas una vez conocido el líquido y el sólido en cuestión. Por lo tanto, la elevación de la columna estará dada por:

h=2t/rdg

Conclusiones

• La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la superficie de los líquidos.

• Es increíble como basándose en cosas tan simples como ver a un insecto flotar en el agua, la ciencia ha logrado investigar y usar los resultados de dicha investigación para realizar distintos objetos de uso humano en la industria.

• La capilaridad también se ha utilizado en cosas tan simples como en un esferográfico o una pluma, con esto puedo concluir que cada cosa que hay en el mundo por mas simple, que parezca, si la conocemos, podemos utilizarla en nuestro beneficio.

Bibliografia

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/capilar/capilar.htm

http://www.boussey-control.com/esp/tension-superficial.htm

Enciclopedia Microsoft Encarta 2008