Mikä on pintavoima?

Pintavoima, jota kutsutaan yleisemmin pintajännitykseksi, on ainutlaatuinen ylöspäin suuntautuva työntö, jonka nesteen pinta voi kohdistaa esineeseen. Tämä voima on syynä siihen, että pienet hyönteiset, kuten vesijuoksut, näyttävät kävelevän veden päällä. Se mahdollistaa myös urheilulajit, kuten surffauksen ja vesihiihdon. Pintavoima syntyy, koska nesteen muodostavat molekyylit tai pienet hiukkaset pyrkivät lukittumaan toisiinsa pinnalla, jolloin muodostuu ohut kerros, jonka tiheys on hieman suurempi kuin muun nesteen.

Veden pintajännitys tai pintavoima on riittävän vahva työntämään esineitä ylös, jolloin ne voivat kellua. Tämä voidaan havaita asettamalla varovasti pieni metallinen paperiliitin vesilasin pinnalle, joka on täytetty loppuun asti. Koska paperiliittimen tiheys on suurempi kuin veden tiheys, sen voidaan odottaa uppoavan. Pienellä sijoittelulla ja pintavoiman tuntemuksella näin ei kuitenkaan tapahdu. Jos paperiliitin pudotetaan pinnalle niin, että pää lävistää näkymättömän esteen, se uppoaa, joten ole varovainen asettaessasi paperiliitintä.

Useat tekijät, kuten lämpötilan nousu, voivat vähentää veden pintavoimaa. Kun veden lämpötila nousee, pintavoima pienenee. Saippuan lisääminen veteen voi myös vähentää pintajännitystä. Saippua rikkoo vesimolekyylien pidon toisissaan, jolloin vesi pääsee helpommin kosketuksiin esineiden, kuten likaisten astioiden, kanssa. Yhden saippuapisaran lisääminen vesilasiin kelluvalla paperiliittimellä saa kohteen uppoamaan välittömästi, ja se on myönteinen loppu aiemmin mainitulle kokeelle.

Syy, miksi pintajännitystä voidaan kutsua pintavoimaksi, selittyy sanan voima fysikaalisella määritelmällä. Fysiikassa voima määritellään esineeseen kohdistuvana työntönä tai vetona. Kun paperiliitin asetetaan veden päälle, painovoima vetää paperiliittimen alas. Kun veden pintajännitys on kuitenkin riittävän vahva, vesi voi työntää paperiliitintä ylöspäin samalla voimalla kuin painovoima vetää sitä alas, jolloin esine kelluu. Tämä on esimerkki tasapainoisista voimista – paperiliitin ei uppoa eikä irtoa pinnasta, vaan lepää siinä.