الظاهرة التي تسمح للحشرات بالسير على سطح الماء  

الظاهرة التي تسمح للحشرات بالسير على سطح الماء 

التوتر السطحي .

التوتر السطحي من الظواهر التي تسمح للحشرات بالسير على سطح الماء، فهي خاصية يظهر فيها سطح السائل من خلال تصرفه كما لو كان غشاء مرن ومشدود، ويمكن ملاحظة تلك الظاهرة في شكل شبه كروي لقطرات صغيرة جدٍا من السوائل وحتى فقاعات من الصابون، وبسبب تلك الخاصية يمكن لبعض الحشرات الوقوف على سطح الماء، فيعتمد التوتر السطحي بشكل أساسي على قوى الجذب بين الجسيمات داخل السائل المحدد وينطبق ذلك أيضًا على المواد الغازية أو الصلبة والسائلة المتصل بها جزيئات الماء.

فعلى سبيل المثال تنجذب بعض قطرات الماء إلى بعضها بشكل ضعيف، وبالتالي يٌعتقد أن جزيئات الماء تلك تنجذب بالتساوي في جميع الاتجاهات وذلك بواسطة الجزيئات المحيطة الموجودة في جزيئات الماء، وذلك يترتب على الإزاحة فإذا كان من الممكن إزاحة جزيئات السطح قليلًا إلى الخارج من السطح فحينها سوف تقوم الجزيئات القريبة بالإنجذاب نحو بعضها مرة أخرى، ولكي تتم تلك العملية يكون هناك حاجة إلى وجود طاقة، وتلك الطاقة الموجودة والمسؤولة عن ظاهرة التوتر السطحي تكون مكافئة تمامًا للطاقة المطلوبة من أجل إزالة الطبقة السطحية للجزيئات في مساحة الوحدة.

يمكن التعبير عن التوتر السطحي من خلال وحدات الطاقة التي يتم التعبير عنها بالجول، حيث يتم التعبير عن وحدة المساحة بالمتر المربع، فيتم تقدير توتر سطح الماء بحوالي 0.07275 جول لكل متر مربع وذلك يكون عند 20 درجة مئوية أي 68 درجة فهرنهايت، وذلك بالمقارنة بالسوائل العضوية مثل البنزين والكحول التي تكون ذات توتر سطحي أقل وبالتالي لا تستطيع الحشرات السير عليه، وذلك على عكس الزئبق الذي يمتلك توتر سطحي عالي.

ولدرجة الحرارة أيضًا تأثير على التوتر السطحي ودرجة الإنجذاب حيث تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تقليل قوة الجذب الصافية بين الجزيئات وبالتالي تقلل التوتر السطحي للماء، حيث يتم النظر أيضًا إلى التوتر السطحي على أنه ناتج عن القوى المؤثرة في مستوى السطح والتي تميل بدورها إلى تقليل المساحة، وعلى هذا الأساس نلاحظ أنه غالبًا ما يتم التعبير عن التوتر السطحي كمقدار من القوة المبذولة في السطح بشكل عمودي على خطوط طول الوحدة والتي يتم التعبير عنها بوحدة النيوتن لكل متر وهو ما يعادل تمامًا الجول لكل متر مربع. [1]

أمثلة على ظاهرة التوتر السطحي

• قطرات من الماء.
• الحشرات تسير على الماء.
• إبرة تطفو على الماء.

التوتر السطحي هو عبارة عن الظاهرة  التي تسمح للحشرات بالسير على سطح الماء، والتي يكون فيها السائل ملامس للغاز أي يكون بمثابة صفيحة مرنة ورقيقة حيث يتم استخدام هذا المصطلح عندما يكون السائل ملامس للغاز مثل الماء والهواء، أما في حالة إن كان السطح بين سائلين مثل الماء والزيت أو الماء والكحول فإنه يُسمى حينها بـ توتر الواجهة، فتعمل القوى الجزيئية المختلفة كأحد أسباب ظهور ظاهرة التوتر السطحي مثل قوة فان دير فال.

تعمل قوة فان دير فال على سحب الجزيئات السائلة معًا على طول السطح، فيتم سحب الجسيمات باتجاه باقي السوائل، وبصفة عامة يتم الإشارة إلى التوتر السطحي باستخدام جاما اليونانية المتغيرة وذلك على أساس أنها نسبة القوة السطحية F إلى الطول d، كان هذا القانون المستخدم باختلاف الأمثلة على تلك الظاهرة وفيما يلي سوف نتعرف أمثلة ظاهرة التوتر السطحي وإليك هي:

قطرات من الماء: عند استخدام قطرات الماء نلاحظ أنه لا يتدفق الماء في تيار مستمر بل يقوم بالتدفق في سلسلة من القطرات، وهذا الشكل ناتج في الأساس من ظاهرة التوتر السطحي، حيث تعمل قوة الجاذبية على سحب القطرة إلى أسفل ويجعلها في شكل بيضاوي، أما في حالة عدم وجود الجاذبية فإن ذلك سوف يخفض من مساحة السطح من أجل تقليل التوتر وبالتالي يؤدي إلى ظهور قطرات الماء بالشكل الكروي.

الحشرات تسير على الماء: تستطيع الكثير من الحشرات السير على الماء وتُعد النملة من أكثر الأمثلة الحية على ذلك فكان دائمًا ما يكون هناك سؤال عن ما سبب سير النملة على سطح الماء والإجابة هي التوتر السطحي، حيث يتم تشكيل أرجل الحشرات من أجل توزيع وزنهم مما يعمل على انخفاض سطح السائل، وبالتالي يقلل من الطاقة الكامنة من أجل إنشاء التوازن القوي أي يمكن التحرك خلال سطح الماء دون اختراقه وهذا يشبه تمامًا أحذية الثلج والمشي على الجليد دون خرقه.

إبرة تطفو على الماء: على الرغم من أن كثافة هذه الأجسام  مثل الإبرة المعدنية وقطعة النقود وما إلى ذلك تكون أكبر من كثافة الماء، إلا أن ظاهرة التوتر السطحي على طول المنخفض تكون كافية لمقاومة الجاذبية التي تعمل على سحب الأجسام المعدنية لأسفل. [2]

تستطيع بعض الحشرات أن تمشي على سطح الماء

نعم.

أن الظاهرة التي تسمح للحشرات بالسير على سطح الماء هي ظاهرة التوتر السطحي، حيث يكون للماء غشاء غير مرئي يعمل على رفع الحشرة وبالتالي ينتشر وزن الحشرة على كامل الجسم، ولذلك نجد أن قوة دفع الماء لأسفل تساوي تمامًا قوة وزن الحشرة ولذلك تستطيع الحشرة المشي على الماء دون أن تغرق، تقوم الحشرات بالسير على الماء باستخدام أرجلها من أجل إحداث التوتر السطحي وذلك ما يسمح لهم بالبقاء فوق سطح الماء.

تنجذب جزيئات الماء لبعضها البعض ومن خلال أرجل الحشرات تستطيع تكوين سطح عازل تنجذب إليه الماء وبذلك تستطيع السير نظرًا لجزيئات التوتر السطحي التي تثقل رجل الحشرة، وبذلك نستنتج  أن التوتر السطحي عبارة عن تجاذب بين جزيئات الماء الموجبة والسالبة للذرات الموجودة في الجزيء، حيث توجد الشحنات الموجبة على السطح الخارجي للجزيء والشحنات السالبة في الداخل، وذلك ما يعمل على تكوين قوة سحب الجزيئات معًا.

يتم تجميع جزيئات الماء معًا بواسطة الروابط الهيدروجينية حيث تعمل تلك الروابط على الحفاظ على جزيئات الماء وبما أن التوتر السطحي للحشرات أقل من التوتر السطحي للماء إذا تنجذب جزيئات الماء إلى سطح الحشرة، وبذلك يحدث تقوم الروابط الهيدروجينية بربط جزيئات الماء ببعضها، وتقوم بعدها بدفع الحشرة إلى أعلى مما يُنشأ قوة سير الحشرة على سطح الماء. [3]

الحشرات التي تسير على الماء

• عتلات الماء.
• عناكب الصيد.
• البعوض.

يمكن للعناكب والحشرات الأخرى مثل النمل والبق والعتلات وغيرهم القيام بالعديد من الأشياء المدهشة التي نتسائل عنها والتي منها الظاهرة التي تسمح للحشرات بالسير على الماء، وبما أننا وضحنا ذلك في المقال فسوف نقوم الآن بعرض بعض الأمثلة على الحشرات التي تستطيع السير فوق سطح الماء دون أن تغرق وإليك هي:

عتلات الماء: تعتبر عتلات الماء من أكثر أنواع الحشرات شيوعًا التي تستطيع السير فوق سطح الماء، حيث تقوم باستخدام أرجلها الأربعة الطويلة بالتزحلق على الماء والتجديف من خلال أرجلها الخلفية، بينما تعمل على اصطياد الحشرات الأصغر منها من خلال استخدام أرجلها الأمامية القصيرة.

عناكب الصيد: تقوم عناكب الصيد باستخدام أرجلها الثمانية في التجديف والتزلج على الماء بجانب القفز.

البعوض: البعوض من الحشرات التي تقضي نصف حياتها في الماء كما أن هناك بعض الأنواع التي تضع بيضها في الماء، وبالتالي جسم البعوضة مهيئ تمامًا للسير على الماء والعيش فيها بجميع أنواعها سواء كانت مياه بحيرة أو مياه راكدة. [4]