Per le molecole che si trovano in superficie (figura sopra, a destra), la situazione è diversa: poiché esiste solo l'interazione con le molecole inferiori (trascurando le interazioni con l'aria e le pareti del recipiente), la risultante è diversa da zero ed è diretta verso l'interno del liquido.
E' chiaro che le molecole che costituiscono lo strato superficiale del liquido sono attirate verso l'interno e tendono così ad occupare la minima superficie possibile; il risultato di questa attrazione è che la superficie di un liquido si comporta come una membrana elastica in tensione. Questa membrana ha lo spessore del raggio d'azione entro cui si manifesta l'effetto delle forze intermolecolari e la tensione a cui è sottoposta, prende il nome di tensione superficiale.
Ciò premesso, occorre determinare sperimentalmente la direzione in cui agiscono le forze di tensione superficiale. Per far questo, con del filo di ferro abbastanza rigido, si realizza un anello del diametro di una trentina di cm; a questo anello si annoda un filo di cotone con un cappio. Dopo aver immerso l'insieme in una soluzione di acqua saponata, si otterà una lamina che è contenuta all'intermo del cappio e dell'anello. Bucando la membrana interna al cappio di cotone, lo vedrete assumere una forma circolare (foto a sinistra). Questo avviene a causa della tensione superficiale della rimanente parte di film di soluzione saponosa.
Questa esperienza sembra contraddire l'idea che la tensione superficiale sia dovuta al fatto che le molecole in superficie siano attratte verso l'interno del liquido, cioè siano soggette a forze perpendicolari alla superficie del liquido.
In realtà, l'apparente paradosso è di natura semantica: è dovuto all'interscambiabilità dei termini forze intermolecolari (causa) e forze di tensione superficiale (effetto).
Per chiarire questo punto, si consideri l'animazione a in basso a sinistra: il fatto che la molecola centrale sia attirata verso l'interno del liquido, comporta un'attrazione tangenziale tra le molecole ad essa adiacenti a sinistra e a destra (la figura è bidimensionale e quindi non tiene conto delle molecole dentro e fuori il piano dello schermo). Ovviamente le molecole superficiali non possono realmente "cadere" verso l'interno in quanto questo spazio è già occupato dalle molecole sottostanti, ed ecco quindi che la lamina superficiale è soggetta ad una continua tensione che tende a mantenere unito lo strato di molecole in superficie. Per usare un'immagine figurata, è come se la superficie del liquido fosse formata da tante sferette collegate tra loro da molle in tensione che tendono a contrarsi (v. figura sotto, a destra).
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| le forze di coesione verso l'interno producono una tensione tangenziale. | le molecole che compongono la "membrana" interfacciale, si comportano come un insieme di sferette collegate tramite molle elastiche. |
 pond skater, foto di Rober Suter (Vassar College, N.Y.) |
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Il basilisco, come detto, possiede la stupefacente abilità di correre sull'acqua. Può percorrere circa un centinaio di metri correndo sulla superficie di un letto d'acqua in quiete. D'altra parte, il basilisco è troppo pesante (da 28 a 80 g per gli esemplari adulti) per essere sostenuto dalla tensione superficiale; così, se si arresta, o le acque diventano agitate, affonda e prosegue la corsa nuotando.
L'abilità di correre sull'acqua è possibile in quanto il basilisco, benché dotato di quattro lunghe zampe, è uno dei pochi quadrupedi che corre solo su due: si rizza sulle zampe posteriori e si muove in posizione semieretta utilizzando la lunga coda come bilanciere. In questo modo, il basilisco giovane (fino ad un massimo di circa 25 g) può raggiungere una velocità sufficiente (circa 12 km/h) per permettergli di correre sull'acqua grazie ad una serie coordinata di azioni:
Quanto detto vale per i basilischi giovani in quanto, oltre un certo peso, questi rettili possono solo nuotare e quindi abbandonano l'acqua come territorio di caccia, smettendo di competere con i più giovani esemplari affamati.
Dunque, sebbene i basilischi sfruttino forze dinamiche, a differenza dei pond skaters che sfruttano le forze statiche della tensione superficiale, entrambi non perforano la membrana superficiale dell'acqua. Questo è il punto fondamentale: ad esempio, quando un vogatore immerge il remo nell'acqua, spingendo su questa produce la spinta necessaria alla propulsione. Tuttavia, in questo caso, la membrana superficiale dell'acqua viene perforata e l'aqua si avviluppa strettamente al remo con una forza di adesione che per il vogatore può semrare irrilevante allorché estrae il remo dall'acqua, ma non è certo irrilevante per un insetto o una piccola lucertora.
Le misure hanno indicato che questo movimento produce da 110-225 % della forza necessaria per sostenere il peso della lucertola. Affinché un essere umano possa fare la stessa cosa, dovrebbe correre a circa 100 km/h e consumare 15 volte più energia di quanta ne possa produrre.
referenze bibliografiche:
il video è tratto dal sito: www.bedford.k12.ny.us/flhs/science/bio/paulf/notes/propertiesofwater.html
Hu, D.L., Chan, B., and Bush, J.W.M., 2003. The hydrodynamics of water strider locomotion. Nature 424, 663 - 666.
Glasheen, J.W. and T.A. McMahon (1996a). A hydrodynamic model of locomotion in the Basilisk lizard. Nature, 380:340-342.
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