Fuerzas de cohesión en líquidos

Fuerzas de cohesión en líquidos
Tanto los gases como los líquidos son fluidos, pero los líquidos tienen una propiedad de la que carecen los gases: tienen una superficie "libre", o sea tienen una superficie cuya forma no está determinada por la forma del recipiente que que lo contiene. Esa superficie se forma por una combinación de atracción gravitacional de la Tierra (fuerza peso) y de fuerzasentre las moléculas del líquido. Una consecuencia de eso es que en la superficie de los líquidos actúa una fuerza que no está presente en el interior de los líquidos (salvo que haya burbujas en el interior), por eso llamada "tensión superficial". Aunque relativamente pequeña, esta fuerza es determinante para muchos procesos biológicos, para la formación de burbujas, para la formación de olaspequeñas, etc.


Tensión superficial
Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, de ahí que el líquido esté "cohesionado". Cuando hay una superficie, las moléculas que están just 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 lasuperficie son atraídas hacia elinterior 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.
Latensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie (la "goma" que se menciona antes") dividida por la longitud del borde de esa superficie (OJO: no es fuerza dividida por el área de la superficie, sino dividida por la longitud del perímetro de esa superficie). Por ejemplo,
  -1donde F es la fuerza que debe hacerse para "sujetar" una superficie de ancho l. El factor 2en la ecuación se debe a que una superficie tiene dos "areas" (una por cada lado de la superficie), por lo que la tensión superficial actúa doblemente.
Algunos valores de la tensión superficial son:
Líquido Temperatura líquido (ºC) Tensión superficial (N/m)
Petróleo 0º 289
Mercurio 20º 465
Agua 0º 756
20º 727
50º 678
100º 588La siguiente figura muestra un ejemplo de cómo algunosanimales 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 ocho patas y el abdomen, por lo que la fuerza de sustentación que debe proveer la superficie del agua (la tensión superficial) sobre las ocho patas y el abdomen debe ser igua al peso del arácnido.

Conmoléculas de otras sustancias puede haber atracción o repulsión. La dirección de resultante (sólido-líquido + líquido-líquido) hace que el líquido se eleve o hunda levemente muy cerca de paredes sólidas verticales, según haya atracción o repulsión. Para diferentes combinaciones de líquidos y sólidos se tabulan los ángulos de contacto. Angulos menores de 90º corresponden a atracción y mayores de 90º arepulsión. Esto también explica la formación de meniscos en tubos angostos y el ascenso o descenso de líquido por tubos capilares.

 


Ley de Laplace
Establece la relación entre el tamaño de una cavidad y la diferencia de presiones entre sus paredes cerradas por la tensión de una membrana elástica o las dos películas líquidas en una burbuja.
El modelo de membrana esférica es aplicable acavidades del cuerpo (alvéolos pulmonares, ventrículos del corazón). Consiste en imaginar la membrana formada por dos hemisferios, cada uno de los cuales se encuentra en equilibrio bajo la acción de dos fuerzas contrarias.
1) La diferencia de presiones tiende a separar cada hemisferio del otro. Sobre cada porción de membrana la presión es perpendicular a ella, la fuerza resultante debería...