น้ำในหลอดแก้วเว้าลง ส่วนปรอทนูนขึ้น: ผิวโค้งบอกแรงเกาะต่างกัน

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

ลองมองหลอดตวงที่ใส่น้ำจากระดับสายตา เส้นผิวน้ำกลางหลอดจะต่ำกว่าริมแก้วนิดหนึ่ง คล้ายแอ่งตื้น ๆ แต่ในหลอดปรอท ผิวกลับนูนสูงตรงกลาง ทั้งที่ภาชนะเป็นแก้วเหมือนกัน ทำไมจึงโค้งคนละทาง?

แนวโค้งที่ผิวของเหลวสัมผัสขอบหลอดเรียกว่าเมนิสคัส เห็นชัดในหลอดแคบหรือกระบอกตวง ความต่างของน้ำกับปรอทเกิดจากแรงที่ดึงของเหลวเข้าหาผนัง เทียบกับแรงที่ดึงโมเลกุลให้เกาะกันเอง

น้ำยึดผิวแก้วได้ดีกว่าแรงที่โมเลกุลน้ำยึดกันเอง น้ำจึงเปียกผิวแก้วและไต่ขึ้นตามริมหลอด ส่วนกลางจึงเว้าต่ำกว่า ขณะเดียวกันแรงตึงผิวช่วยลดพื้นที่ผิวของน้ำให้เหลือน้อยที่สุด จนรูปทรงหยุดเปลี่ยนเมื่อแรงต่าง ๆ สมดุลกัน

ยิ่งหลอดแคบ การไต่ขอบยิ่งเห็นผล ระดับน้ำในหลอดจึงสูงกว่าผิวน้ำด้านนอกมากขึ้น เมื่อขยายหลอด ความต่างระดับจะดูเล็กลง การขึ้นตามผนังจะหยุดเมื่อแรงยึดติด แรงตึงผิว และน้ำหนักของน้ำสมดุลกัน

ปรอทกลับไม่ค่อยเกาะแก้ว แรงที่อะตอมปรอทดึงกันเองมีอิทธิพลมากกว่า ปรอทจึงรวมเป็นหยดและเว้นระยะจากผนัง ทำให้ผิวกลางนูนสูงกว่าริมหลอด ผิวนูนนี้เป็นรูปทรงสมดุลของปรอทกับแก้ว ไม่ใช่ฟองอากาศ

แรงที่ของเหลวเกาะกับผิววัสดุเรียกว่าแรงยึดติด ส่วนโมเลกุลของเหลวชนิดเดียวกันก็มีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน ในหลอดน้ำ แรงระหว่างน้ำกับแก้วเด่นกว่า แต่ในปรอท การดึงดูดระหว่างอะตอมของตัวเองเด่นกว่า หากผิวแก้วเคลือบขี้ผึ้ง น้ำก็เกาะได้ยากและมีแนวโน้มรวมเป็นหยด รูปผิวจึงขึ้นกับทั้งของเหลวและวัสดุที่สัมผัส

หลักเดียวกันเกี่ยวข้องกับกระดาษทิชชูที่ดูดน้ำ ของเหลวเกาะเส้นใยและเคลื่อนตามช่องแคบระหว่างเส้นใย แรงระหว่างน้ำกับวัสดุและแรงดึงดูดภายในของเหลวช่วยพาน้ำต่อไป การเคลื่อนผ่านช่องเล็กเช่นนี้เรียกการซึมตามช่องแคบ

ผิวเว้าหรือนูนเป็นร่องรอยของแรงระหว่างของเหลวกับภาชนะ ความโค้งในหลอดจึงบอกได้ว่าของเหลวเกาะกับผนังหรือเกาะกันเองมากกว่า โดยไม่ต้องมองเห็นโมเลกุล

ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th