1. Menisk

Menisk to zakrzywiona powierzchnia cieczy w naczyniu.

* Występuje z powodu sił kohezji i adhezji.

* Typy menisku:

* Wklęsły – ciecz przylega do ścian naczynia (np. woda w szklance).

* Wypukły – ciecz nie przylega do ścian (np. rtęć w szklance).

—

2. Siły działające na menisk

* Siły kohezji – przyciąganie międzycząsteczkowe w cieczy.

* Siły adhezji – przyciąganie między cieczą a ścianą naczynia.

* Kształt menisku zależy od przewagi sił:

* Adhezja > kohezja → menisk wklęsły

* Kohezja > adhezja → menisk wypukły

—

3. Kapilarność

Kapilarność to zdolność cieczy do wznoszenia się lub opadania w cienkich rurkach (kapilarach) pod wpływem sił powierzchniowych.

* Wysokość podniesienia cieczy w rurce opisuje wzór Jurina:

$$h = \frac{2 \sigma \cos \theta}{\rho g r}$$

gdzie:

* $h$ – wysokość wzniesienia cieczy \[m]

* $\sigma$ – napięcie powierzchniowe cieczy \[N/m]

* $\theta$ – kąt zwilżania

* $\rho$ – gęstość cieczy \[kg/m³]

* $g$ – przyspieszenie ziemskie \[m/s²]

* $r$ – promień kapilary \[m]

—

4. Przykłady

Przykład 1 – woda w rurce kapilarnej

* Rurka o promieniu $r = 0,5 \text{ mm}$, woda ($\sigma = 0,072 \text{ N/m}$, $\theta \approx 0$), $\rho = 1000 \text{ kg/m³}$, $g = 9,81 \text{ m/s²}$

$$h = \frac{2 \cdot 0,072 \cdot \cos 0}{1000 \cdot 9,81 \cdot 0,0005} \approx 0,029 \text{ m} = 2,9 \text{ cm}$$

* Woda wspięła się w rurce o 2,9 cm.

—

Przykład 2 – rtęć w rurce kapilarnej

* Rurka o promieniu 0,5 mm, rtęć ($\sigma = 0,486 \text{ N/m}$, $\theta \approx 140^\circ$), $\rho = 13546 \text{ kg/m³}$

$$h = \frac{2 \cdot 0,486 \cdot \cos 140^\circ}{13546 \cdot 9,81 \cdot 0,0005} \approx -0,0014 \text{ m} = -1,4 \text{ mm}$$

* Rtęć opadła, tworząc menisk wypukły.

—

5. Znaczenie w przyrodzie

* Transport wody w roślinach: kapilarność pozwala wodzie wspinać się w naczyniach krwionośnych (ksylem).

* Napięcie powierzchniowe pozwala niektórym owadom chodzić po wodzie.

* Poprawny odczyt objętości cieczy w laboratoriach uwzględnia menisk wklęsły/wypukły.

—

6. Karta pracy – zadania

• Narysuj menisk wklęsły i wypukły, zaznacz siły kohezji i adhezji.
• Woda w rurce kapilarnej wspięła się na wysokość 4 cm. Promień rurki 1 mm. Oblicz napięcie powierzchniowe wody ($\rho = 1000 \text{ kg/m³}, g = 9,81 \text{ m/s²}, \theta = 0$).
• Rtęć w rurce opadła o 1 mm. Oblicz kąt zwilżania ($\sigma = 0,486 \text{ N/m}, r = 0,5 \text{ mm}, \rho = 13546 \text{ kg/m³}$).
• Opisz, jak kapilarność pomaga roślinom w transporcie wody.

—

7. Podsumowanie

* Menisk – zakrzywiona powierzchnia cieczy w naczyniu.

* Kapilarność – zdolność cieczy do wznoszenia się lub opadania w cienkich rurkach.

* Zjawiska wynikają z sił kohezji i adhezji i mają znaczenie w przyrodzie i laboratoriach.