מהי תופעת הנימיות ומה השפעת הכבידה?

תופעת הנימיות (capillary action) מתארת את היכולת של נוזלים "לטפס" במעלה צינורות דקים.

טיפוס הנוזל בצינורית הוא השקול של 2 כוחות מנוגדים:
קוהזיה (cohesion)- הכוחות המתקיימים בין אטומים/מולקולות דומים; במקרה שלנו מולקולות או אטומי הנוזל. מים למשל מתאפיינים בקוהזיות גבוהה מכיוון שכל מולקולת מים יכולה ליצור 4 קשרי מימן עם מולקולות שכנות.

אדהזיה (adhesion) הכוחות המתקיימים בין אטומים/מולקולות שונים; במקרה שלנו מדובר על שטח המגע בין מולקולות/אטומי הנוזל לחומר ממנו עשויה הצינורית.

כאשר הנוזל נמצא בשדה של כוח משיכה (למשל על פני כדור הארץ) מצטרף כוח שלישי והנוזל מפסיק "לטפס" כאשר כוחות הקוהזיה והאדהזיה נמצאים בשיווי משקל עם כוח המשיכה המושך את הנוזל כלפי מטה.

כאשר האדהזיה גדולה מהקוהזיה כושר הנימיות של הנוזל גבוהה וההפך.
לכן כדי לדעת מתי תתרחש תופעת הנימיות לא מספיק לדעת מהו הנוזל אלא גם מהו החומר ממנו עשויה הצינורית הדקה, כי יחסי הגומלין ביניהם יחד עם שטח המגע (קוטר הצינורית) הם המשתנים החשובים.
למים בצינורית זכוכית דקה לדוגמא יש כוחות אדהזיה חזקים מאוד בגלל שנוצרים קשרי מימן בין מולקולות המים ואטומי החמצן שבדופן הצינורית (זכוכית = צורן = SiO2). לעומת זאת בכספית כוחות הקוהזיה חזקים יותר ולכן כושר הנימיות שלה קטן בהרבה.  

גובה פני הנוזל בצינורית מחושב בנוסחא הבאה:  

והוא תלוי במתח הפנים (γ), בזווית המגע (θ), בצפיפות הנוזל (ρ), בתאוצת הכובד (g) וברדיוס הצינור (r).

מה בעצם מתרחש?
במידה וכוחות האדהזיה גדולים מכוחות הקוהזיה וכוח המשיכה (אם קיים), מולקולות הנוזל נצמדות לדופן הצינורית.
מה שלמעשה נראה זה שמשטח הנוזל נעשה קעור (הנוזל בשטח המגע בהיקף הצינורית גבוה מהנוזל במרכז הצינורית). כוחות הקוהזיה בין מולקולות הנוזל לבין עצמן "רוצות" להקטין את מתח הפנים (כלומר ליישר את פני הנוזל ולמנוע את שטח הפנים המוגדל במצב הקעור) ולכן הן "מטפסות" למעלה וחוזר חלילה עד שנוצר שיווי משקל בין הקוהזיה לאדהזיה (עם או ללא המרכיב של כוח המשיכה).

זה גם ההסבר מדוע התופעה מתרחשת בצינוריות דקות בלבד (גם ללא נוכחות כוח המשיכה).
בכלים רחבים רק מעט מהנוזל נוגע בדפנות ולכן האפקט האדהזי קטן מאוד ואין כמעט "טיפוס" של הנוזל.

תופעות רבות מסביבנו הן תוצר של תופעת הנימיות, בין השאר:
(1). פתיליית שמן או נר השואבת שמן או שעווה נוזלית (בהתאמה).
(2). המים מטפסים בסיבי הנייר הדקים של מטליות סופגות וכך המטליות ממלאות את יעודן לייבש את המשטח.
(3). צינוריות ניקוז הדמעות המצויות בזווית העין הפנימית (אחת בכל עין) פועלות ומנקזות את נוזל הדמעות בכוח הנימיות.
(4). כרומטוגרפיה- משמשת להפרדת מומסים. מומסים שונים מטפסים על המשטח בקצב שונה וכך נוצרת הפרדה.  

לבסוף נקודה מעניינת: האם ידעתם שהמאמר המדעי הראשון אותו פרסם אלברט איינשטיין היה בנושא הנימיות? המאמר פורסם בשנת 1901 בגרמנית ועסק במסקנות על נושא הנימיות (Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen).  

התמונות והנוסחא נלקחו ועובדו מויקיפדיה.  

סרטונים העוסקים בתופעת הנימיות מערוצי היוטיוב Veritasium: