Oppervlaktespanning

Wat is oppervlaktespanning?

Oppervlaktespanning is het natuurkundig verschijnsel dat plaatsvindt op het oppervlak van een vloeistof en zich gedraagt als een veerkrachtige laagje. De oppervlaktespanning wordt veroorzaakt door de Vanderwaalskrachten tussen de moleculen. Bij water wordt de oppervlaktespanning verhoogd doordat de watermoleculen onderling waterstofbruggen vormen. Dit maakt het onder andere mogelijk voor lichte voorwerpen om aan het wateroppervlak te blijven drijven. Bepaalde insecten (bv. schaatsenrijders) maken ook gebruik van die spanning om over water te lopen.

1. Druppelmunt

Benodigdheden:

muntstuk van € 2
glas (in dit geval een maatbeker)
water
pipet

Uitvoering:

Vul het glas met water en vul vervolgens de pipet met water vanuit het glas. Houdt de pipet boven het muntstuk en laat het water druppelen op de munt.

Hoeveel druppels passen er op de munt?

a) tussen 10 en 15 druppels.

b) tussen 25 en 30 druppels.

c) tussen 45 en 50 druppels.

Maak er een extra uitdaging van om het exacte getal te schatten.

Wat gebeurt er met het water op de munt?

a) De druppels blijven op de munt liggen en vormen samen een grote druppel. De grote druppel blijft echter niet lang bestaan, want na enkele seconden gaat de druppel kapot en stroomt het water van de munt af.

b) De druppels vormen samen een grote druppel. Het water op de munt staat hol.

c) De druppels blijven op de munt liggen en vormen samen een grote druppel. Het water op de munt staat bol.

Verklaring:

Water bestaat uit deeltjes. Een watermolecuul is opgebouwd uit een zuurstofatoom (O) en twee waterstofatomen (H). Tussen die deeltjes is er een aantrekkingskracht aanwezig (= cohesiekrachten) waardoor er druppels kunnen ontstaan. Deze druppels hebben de mogelijkheid om samen een grotere druppel te vormen. Aan de oppervlakte van het water vormen de watermoleculen een sterke laag, dit heet oppervlaktespanning. De oppervlaktespanning houdt de watermoleculen bij elkaar waardoor er bolle druppels ontstaan. Het is mogelijk om steeds meer druppels toe te voegen tot op een punt dat de oppervlaktespanning niet sterk genoeg meer is om zoveel water bij elkaar te houden. Het gevolg is dan dat de druppel kapot gaat en het water begint te stromen.

Bron:

proefjes.nl. (2004 - 2022). druppelmunt. Opgehaald van https://www.proefjes.nl/: https://www.proefjes.nl/proefje/076

Leerplannen:

Natuurwetenschappen C (D/2021/13.758/034)

LPD S1 De leerlingen passen een wetenschappelijke methode toe om kennis te ontwikkelen en
om vragen te beantwoorden.
LPD S3 De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid meetinstrumenten en
hulpmiddelen om te observeren, te meten, te experimenteren en te onderzoeken in
natuurwetenschappelijke, technologische en STEM-contexten.
LPD S5 De leerlingen werken geïnformeerd op een veilige en duurzame manier met materialen,
chemische stoffen en technische en biologische systemen.
LPD S6 De leerlingen passen goede labopraktijken en -technieken toe om betrouwbare
informatie te verzamelen.

2. De duimspijker en de kurk

Benodigdheden:

petrischaaltje
duimspijker
kleine kurk
kleine meetspuit
water

Voorbereidend werk:

Snij m.b.v. een breekmes een schijfje van de kurk van ongeveer 3 mm dik.

Uitvoering:

Vul de bodem van het petrischaaltje met water. Leg nu zeer voorzichtig de duimspijker omgekeerd op het water (uit eigen ervaring kan ik zeggen dat er behoorlijk wat oefening voor nodig is om dit te doen lukken). Leg vervolgens ook het stukje kurk op het wateroppervlak.

Wat is de eindpositie van de duimspijker nadat die op het wateroppervlak wordt aangebracht?

a) In het midden van het petrischaaltje.

b) Aan de zijkant van het petrischaaltje.

c) Ergens tussen het midden en de zijkant van het petrischaaltje.

Wat is de eindpositie van de kurk nadat die op het wateroppervlak wordt aangebracht?

a) In het midden van het petrischaaltje.

b) Aan de zijkant van het petrischaaltje.

c) Ergens tussen het midden en de zijkant van het petrischaaltje.

Voeg nu langzaam met behulp van de meetspuit water toe aan de petrischaal tot het water oppervlak bol staat.

Wat kun je zeggen over de eindposities van de duimspijker en het stukje kurk?

a) Ze bevinden zich beiden aan de zijkant van het petrischaaltje

b) Ze bevinden zich beiden tussen het midden en de zijkant van het petrischaaltje

c) Ze zijn van positie gewisseld.

Stof	Massadichtheid (kg/m³)
Water	997
Kurk	250
Ijzer	7874

Verklaring:

De duimspijker is gemaakt uit ijzer. Ijzer heeft een grotere massadichtheid dan water. Dit wil zeggen dat de duimspijker zou moeten zinken in water, maar dat doet de duimspijker niet. Hoe komt dat? Dit heeft allemaal te maken met de oppervlaktespanning.

Je hebt gezien bij het begin van de proef dat de duimspijker zich in het midden van het petrischaaltje bevindt en het stukje kurk zich aan de buitenkant. Dit heeft te maken met de vorm van het petrischaaltje. Bij het vullen van de bodem van het petrischaaltje met water, zal het wateroppervlak hol zijn (zie afbeelding 1). De duimspijker zal de laagst mogelijke positie op het watervlak zoeken door zijn grotere dichtheid. Kurk heeft een kleinere massadichtheid dan water, waardoor het makkelijk op het wateroppervlak blijft drijven en de hoogste positie opzoekt.

Wanneer er water toegevoegd wordt aan het petrischaaltje, zal het wateroppervlak bol komen te staan en zullen beide voorwerpen van plaats wisselen (zie afbeelding 2).

Opmerkingen:

Zoals je kunt zien, komt de praktijk niet altijd even goed overeen met de theorie. Dit kan verschillende oorzaken hebben; nauwkeurigheid, materiaal, omstandigheden,... In theorie ligt de duimspijker in het midden van het petrischaaltje, maar het is niet geweten of het midden van het gebruikte petrischaaltje ook het laagste punt is. Wanneer je nauwkeurig met een meetspuit moet werken, is er altijd kans dat het restje water die zich nog in de meetspuit bevindt met grote druk uit de meetspuit spuit. Met als gevolg dat de voorwerpen op het wateroppervlak beginnen te verschuiven. Het is dus zeker belangrijk om te onthouden dat niet elke proef altijd vlekkeloos zal verlopen.