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: 2307x
  • Další články autora

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: 13,53 | Přečteno: 136x | 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: 16,72 | Přečteno: 214x | Diskuse| Věda

Dana Tenzler

Proč rozkrojené jablko na řezu hnědne

Rozkrojené jablko ale také třeba hruška hnědnou v místě řezu. Na vině je, a vy to tušíte, chemie. Jak se dá tomuto jevu předejít? (délka blogu 3 min.)

6.6.2024 v 8:00 | Karma: 18,04 | Přečteno: 270x | Diskuse| Věda

Dana Tenzler

Čínská sonda Chang-e 6 a její mise na Měsíci

Vesmírná sonda Chang-e 6 je další čínský přístroj, která se zabývá výzkumem Měsíce. O víkendu přistál na odvrácené straně Měsíce. Má dovézt zpět na Zemi vzorky tamní horniny.

3.6.2024 v 8:00 | Karma: 17,69 | Přečteno: 194x | Diskuse| Věda

Dana Tenzler

Egyptská modř

Seriál (o malířských barvách) se bude zabývat zajímavostmi ze světa pigmentů. Čím nejlépe začít? Jedním z nejstarších, lidmi uměle vyrobených pigmentů. Umělci ho používali už před několika tisíciletími.

30.5.2024 v 8:00 | Karma: 18,07 | Přečteno: 229x | Diskuse| Věda
  • Nejčtenější

Policie v pohotovosti kvůli hrozbě terorismu. Zadržela podezřelého cizince

8. června 2024  23:01,  aktualizováno  9.6 12:41

Policie dopadla cizince podezřelého ze zvlášť závažného zločinu, po kterém vyhlásila pátrání v...

V Turecku zemřela česká zpěvačka Victoria. Zavraždil ji její vlastní manžel

14. června 2024  8:59,  aktualizováno  11:23

Česká zpěvačka Victoria byla zavražděna v Ankaře. Podle tureckého portálu Hürriyet ji zabil její...

„Ukrajinská sebevražda“. Intriky v Kyjevě čím dál víc frustrují Západ

11. června 2024  19:21

Kádrové změny nezmítají jen ruským ministerstvem obrany, rostoucí pozornost vzbuzují i rošády v...

Dar pro Ukrajinu prostřednictvím Čechů vyvolal na Tchaj-wanu bouři

10. června 2024

Premium Dar, který má pomoci Ukrajině s obnovou tamního zdravotnictví, způsobil na Tchaj-wanu politický...

Volby vyhrálo ANO před SPOLU. Stačilo! i Přísaha mají dvě křesla, propadli Piráti

9. června 2024  20:29,  aktualizováno  10.6

Volby do Evropského parlamentu vyhrálo v Česku hnutí ANO. Od voličů získalo 26,14 procenta hlasů,...

Kvůli konci uhlí krize nenastane. Jozef Síkela o jaderném tendru i dalším postupu

17. června 2024

Premium Česko nejspíše do roku 2027 přestane být čistým vývozcem elektřiny, protože jí víc bude...

Charkov jako strategické eso. Už je zřejmé, proč ho Putin tolik chce dobýt

17. června 2024

Premium Ruská armáda nepřestává bombardovat Charkov, čímž ukazuje, že o něj má pořád velký zájem. Vojensky...

Pravda o střelbě na fakultě. Unikátní rekonstrukce, vrah přišel v 13.23

17. června 2024

Premium Pravda o střelbě na filozofické fakultě se vynořuje postupně a některé detaily jdou proti tvrzením,...

Na Islandu havaroval autobus s českými turisty, pět jich skončilo na JIP

16. června 2024  11:35,  aktualizováno  21:42

Při páteční nehodě autobusu na severu Islandu se zranilo dvanáct lidí, z toho pět skončilo na...

  • Počet článků 984
  • Celková karma 17,72
  • 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.