Tensione (meccanica)

Tensione superficiale

La superficie di separazione tra un fluido ed un altro (aria-acqua, aria-solido, acqua-olio, eccetera), non miscibile con il primo, è sede di particolari interazioni chimico fisiche e si comporta (a causa delle forze di attrazione molecolare) come se fosse una membrana elastica in stato uniforme di tensione: tensione superficiale \(\gamma\).

Il valore della tensione superficiale dipende dalla natura dei fluidi a contatto e dalla temperatura: se la temperatura aumenta la tensione superficiale diminuisce.

\[\gamma =\dfrac{F}{L}=\left[\dfrac{N}{m}\right]\]

Consideriamo, a titolo di esempio, un recipiente contenente del liquido (ad esempio acqua), esso è costituito da molecole che, in media, sono distribuite simmetricamente attorno a ciascuna altra molecola, sicché le forze applicate hanno risultante nulla.

Per le molecole che si trovano in superficie, invece, la situazione è diversa: poiché esiste solo l’interazione con le molecole inferiori (trascurando le interazioni con l’aria e le pareti del recipiente), la risultante è diversa da zero ed è diretta verso l’interno del liquido.

È chiaro che le molecole che costituiscono lo strato superficiale del liquido sono attirate verso l’interno e tendono così ad occupare la minima superficie possibile. Il risultato di questa attrazione è che la superficie di un liquido si comporta come se fosse una membrana elastica (in tensione). Questa membrana ha lo spessore del raggio d’azione entro cui si manifesta l’effetto delle forze intermolecolari e la tensione a cui è sottoposta, prende appunto il nome di tensione superficiale.

Ovviamente le molecole superficiali non possono realmente “cadere” verso l’interno in quanto questo spazio è già occupato dalle molecole sottostanti, ed ecco quindi che la lamina superficiale è soggetta ad una continua tensione che tende a mantenere unito lo strato di molecole in superficie. Per usare un’immagine figurata, è come se la superficie del liquido fosse formata da tante piccole sfere collegate tra loro da molle in tensione che tendono a contrarsi.