Premium

Získejte všechny články
jen za 89 Kč/měsíc

Fyzika na jezírku … co o ní víme my a co vodoměrky?

Vypadá to, jako by běhaly po tenké fólii, napnuté na vodní hladině. Nikdy ji neprošlápnou a nenamočí se. Jak se hmyz (vodoměrka nebo bruslařka) udrží na hladině, vysvětluje (jak jinak) fyzika. (délka blogu 3 min.)  

 

Vodoměrky samozřejmě neví o fyzice nic. Fyzikální zákony jsou tu ovšem pro všechny jak pro vodoměrky, které je využívají, tak pro lidi, kteří si jevy umí vysvětlit.

Vodoměrky používají k běhání po hladině dva triky. Jednak jsou velice lehké. To by ale samo o sobě nestačilo. Důležitější trik jim dovolila sama příroda - ta pro ně totiž vodní hladinu skutečně potáhla pomyslnou “fólií”, na které žijí a po které umí běhat.

Povrchové napětí vody - a kouzelné vodíkové můstky

Povrchové napětí tekutiny se dá vysvětlit její strukturou. Voda se skládá z jednotlivých molekul, které jsou propojené tzv. vodíkovými můstky.

Vodíkové můstky jsou zajímavým jevem. Jsou to nejsilnější tzv. nevazebné síly.

Pro jejich vysvětlení si můžete znázornit atom určitého prvku jako hotel. Sklep je obsazen protony. Tma jim vůbec nevadí, naopak, žijí si ve svém vlastním mrňavém světě, ve kterém panují zákony, které my obyčejní lidé vůbec nevnímáme (například tzv. silná a slabá interakce). Elektrony, které jsou také součástí atomu, vyvažují kladný náboj jádra a starají se o to, aby byl atom celkově neutrální. Elektrony nemohou do sklepa, obsazují tedy pokoje v různých patrech hotelu.

Každý atomový hotel je postaven podle stejného stavebního plánu. Jednotlivá patra mají různý počet pokojů - a všechny jsou dvoulůžkové. Elektrony obsazují patro za patrem. V posledním, nejvyšším patře se pak zbylé elektrony usazují v pokojích pokud možno jednom.

Ty, které získaly pokoj jen pro sebe, jsou nejprve nadšené ze spousty místa, časem se ale (jak jinak) začnou nudit. Hledají si proto partnery - a nacházejí je v elektronech, které trpí stejným problémem v jiném hotelu. Začínají spolu komunikovat, telefonují si a dokonce se snad i vzájemně navštěvují. Vznikne tak …

...chemická vazba mezi dvěma prvky.

V případě vody, která se skládá z jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku, se spojí dva nešťastné elektrony ve vrchním patře kyslíku - s dvěma osamělými kolegy, které se nudí ve dvou atomech vodíku.

Tím ale vzájemná interakce nekončí. Pořád tu ještě máme sklepení, plná kladných nábojů protonů. A kladné náboje, jak je známo, rády přitahují záporné náboje. Ne že by se snad mohlo stát, že se cizí elektrony dostanou až k nim do sklepa… určitá přitažlivost tu přesto je.

V případě vodíku (který má jen jeden proton a jeden elektron) je dokonce situace dost kritická.

Představme si situaci, kdy jediný elektron vodíku odejde na párty, kterou pořádá atom kyslíku. To, čemu říkáme proton - pak zůstane v atomu vodíku nezdravě osamělé. Touží teď po elektronu a je mu už jedno, který to je. Vezme za vděk i elektronem, který mu třeba jen mává z okna jiného atomárního hotelu.

Osamělý proton ve sklepě vodíkového hotelu a soucitné elektrony, které na něj mávají z jiného hotelu, sice netvoří žádnou chemickou vazbu, přesto jsou ale schopné ze své fyzikální lásky (elektromagnetické síly) “přenášet skály” jinými slovy natočit nebo přemístit molekulu vody tak, aby si byli navzájem co nejblíže. Tomuto vztahu pak chemik říká “vodíkový můstek”.

Z toho pak už logicky vyplývá, že se vodíkové  můstky tvoří tím častěji, čím ochotněji soused pořádá párty - a čím ochotněji na ni zve elektrony z jiných atomů. V chemii se tomuto druhu pohostinnosti mimochodem říká…

“elektronegativita”.

V molekule vody se tedy všichni účastníci snaží pro sebe vytvořit z daného stavu to nejlepší. V jednotlivých molekulách jsou pevnými chemickými vazbami propojené atomy vodíku a kyslíku, zatímco molekuly vody jsou provázané pseudo-vazbami - tzv. vodíkovými můstky. Ty mají jen asi třetinovou “sílu” (hodnotu) skutečných chemických vazeb. Na první pohled to může vypadat málo - ve skutečnosti je to ale opravdu hodně vysoká hodnota. Ta nás zavádí přímo k pojmu “povrchové napětí”. Povrch kapaliny se totiž nachází ve speciální stavu.

Co se stane s molekulami, které se ocitnou na povrchu vodní kapky nebo na povrchu jezírka?

Molekuly, které jsou na samotném okraji kapaliny, nemají stejné možnosti, s jakými mohou počítat molekuly uvnitř kapaliny. Směrem k látce, kterou voda  nesmáčí (vzduch, kov, apod.) nenajdou dost partnerů k tvorbě vodíkových můstků.

Výsledkem je síla, která působí paralelně k povrchu kapaliny. Té se pak říká povrchové napětí.

Jinými slovy: vodíkové můstky na povrchu kapaliny nejsou “obslouženy” jinými atomy kapaliny. Tvoří se tak “přebytečná” povrchová energie. A ta způsobuje zajímavé jevy.

Následky existence povrchového napětí - tvar kapky vody a “pevný povrch” pro život vodoměrky

Příroda nerada plýtvá. Systémy se snaží zaujmout takový stav, ve kterém disponují nejmenší možnou energií. Proto se například kapka vody na povrchu, který není vodou smáčen (neobslouží její potřebu tvořit vodíkové můstky) snaží srolovat do nejmenšího možného objemu - koule. Minimalizuje tím svou povrchovou energii.

Tohle je také onen druhý trik, který používají vodoměrky. Jejich nožičky jsou evolucí vytvořeny tak, že se nesmáčejí vodou. Povrchové napětí vody pak bez problémů lehký hmyz unese. Vodní hladina se tedy v jejich hmyzím světě chová tak, jako by byla z pružné látky. Hmotnost vodoměrky ovšem nesmí překročit její nosnost. Proto jsou tito milí tvorové omezení co do vzrůstu a váhy. Obří vodoměrka by po hladině běhat nemohla.

Možná je to uklidňující myšlenka. Leckomu totiž mohou vodoměrky připomínat neoblíbené pavouky. Co se vám tedy rozhodně nestane … v přírodě nepotkáte třiceticentimetrovou vodoměrku. Stejně tak uvidíte na jezírku plavat spíše malé než velké listy.

 

Autor: Dana Tenzler | pondělí 12.11.2018 8:00 | karma článku: 27,84 | přečteno: 2315x
  • Další články autora

Dana Tenzler

Proč se někdy nepovede dort nebo koláč?

Už se vám někdy při pečení „srazil“ dort, i když jste dodrželi recept i pracovní postup? Pečení dortového korpusu nebo koláčů je komplikovaná záležitost. Na vině je (a vy to tušíte) ... chemie a někdy i fyzika.

24.6.2024 v 8:00 | Karma: 23,18 | Přečteno: 424x | Diskuse| Ostatní

Dana Tenzler

Jak funguje lidová medicína?

Jsou cibulové, tvarohové a octové zábaly spíš jen pro uklidnění nervů - nebo mají skutečný léčebný vliv? Dá se vysvětlit působení lidové medicíny vědeckými metodami?

20.6.2024 v 8:00 | Karma: 26,00 | Přečteno: 521x | Diskuse| Ostatní

Dana Tenzler

Proč se po alkoholu tloustne?

Alkohol (přesněji řečeno etylalkohol) je opravdu zajímavá chemická látka. Mohl by nás jednoduše otrávit, kdyby evoluce nezařídila, že nám může být svým (dnes kontraproduktivním) způsobem prospě ̈

17.6.2024 v 8:00 | Karma: 26,05 | Přečteno: 690x | Diskuse| Ostatní

Dana Tenzler

Modrý pigment - ftalocyanin mědi - PB 15

Ftalocyanin mědi je komplex mědi a ftalocyaninu. Je to nejvýznamnější moderní modrý pigment, který známe už asi 100 roků. (délka blogu 4 min.)

13.6.2024 v 8:00 | Karma: 14,27 | Přečteno: 164x | Diskuse| Věda

Dana Tenzler

Mayská modř - PB 8

Dalším zajímavou malířskou barvou, se kterou se stojí za to seznámit, je starodávná, blankytně modrá, mayská modř. Možná ji znáte pod zkratkou PB 8 (pigment blue 8).

10.6.2024 v 8:00 | Karma: 17,23 | Přečteno: 230x | Diskuse| Věda
  • Nejčtenější

Čechy zasáhly extrémní bouřky, padaly obří kroupy. Hasiči měli stovky výjezdů

21. června 2024  9:39,  aktualizováno  22:58

Přes Česko prošly velmi extrémní bouřky s nárazy větru kolem 90 kilometrů za hodinu a krupobití....

Češi vjeli do vojenské zóny, fotili se u tanku. Dítě pak usmrtil nalezený granát

21. června 2024  8:52,  aktualizováno  18:16

Chorvatská policie propustila Čecha vyšetřovaného kvůli výbuchu u města Obrovac, při němž zemřelo...

Komentátor Schmarcz se v televizi pohádal se Šlachtou, pak zmizel ze studia

19. června 2024  20:51

„Já jsem se zastal kluků policistů a vy do toho taháte politiku,“ začal křičet komentátor Martin...

Ruská jaderná ponorka plula u pobřeží Floridy. Fotky ukazují její poškození

19. června 2024  13:53

Ruská flotila, která navštívila Havanu, se rozdělila. Část pluje od Kuby směrem k Venezuele,...

Východem Česka prošly silné bouřky a krupobití. Padající strom zabil člověka

19. června 2024  7:32,  aktualizováno  20.6 6:37

Velmi silné bouřky, které ve středu večer zasáhly Moravu a Slezsko, mají jednu oběť. V Českém...

Přijíždí nový slovenský prezident Pellegrini a začíná usmiřování špiček

26. června 2024  6:45

Nový slovenský prezident Petr Pellegrini přijíždí do Prahy na první zahraniční návštěvu v nové...

Ministři obrany USA a Ruska si zvedli telefon, poprvé od loňského března

25. června 2024  21:47,  aktualizováno  26.6 6:38

Americký ministr obrany Lloyd Austin po telefonu hovořil se svým ruským protějškem Andrejem...

Česko má nejvíce malých varen pervitinu v Evropě, říká zpráva centrály

26. června 2024  6:35

Česko vede v počtu malých laboratoří na výrobu metamfetaminu v Evropě. Tento způsob produkce je...

Assange je volný. U amerického soudu přiznal vinu a míří do Austrálie

26. června 2024  2:15,  aktualizováno  6:08

Zakladatel WikiLeaks Julian Assange ve středu před americkým soudem na souostroví Severní Mariany...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

  • Počet článků 987
  • Celková karma 18,88
  • Průměrná čtenost 1283x
Pokud vás blog pobaví nebo se v něm dočtete něco zajímavého - je jeho účel splněn. Přijďte si popovídat do diskuze, často je ještě zajímavější než blog sám, díky milým a znalým návštěvníkům.