איך לבנות סירה זעירה שה"דלק" שלה הוא סבון
בניסוי הנוכחי נבנה מעין סירת מרוץ קטנה שהכוח המניע שלה הוא סבון שמתפשט על פני המים.
ציוד
- כוס חד פעמית
- טוש לא מחיק / עמיד במים
- מספריים קטנים
- סינטבון (סבון סינתטי לכביסה, אפשר להשיג בכל מרכול גדול) או אבקת כביסה
- מגש
- מים
- כפית
הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:
הסבר
על פני כל נוזל בעולם נוצר "מתח פנים" – מין קרום דקיק ובלתי נראה המורכב מהחלקיקים היסודיים של הנוזל (אטומים או מולקולות). הוא נוצר מכיוון שחלקיקי הנוזל מפעילים זה על זה כוחות משיכה שגורמים להם להיצמד. החלקיקים הנמצאים בחלק החיצוני ביותר של הנוזל אינם מוקפים בחלקיקים אחרים מכל צדדיהם – בגלל שמעליהם יש אוויר, וזה גורם חוסר איזון בכוחות המשיכה שהם "מרגישים" ויוצר מעין קרום קשיח על פני הנוזל. להרחבה מומלץ לקרוא איך נוצר מתח הפנים בנוזלים.
הקרום הדק הזה יכול לעמוד בלחצים לא קטנים שיופעלו עליו, כפי שאפשר לראות בניסוי האטב הצף שבו אטב ברזל כבד צף על קרום המים.
סבונים ודטרגנטים (כמו החומרים שנמצאים באבקת כביסה ובסינטבון) נוטים להתפשט על פני המים, ולהחליש את מתח הפנים שלהם – הם יוצרים קרום חלש יותר בהשוואה למצב הקיים במים טהורים.
מנקודת מבט הפוכה אפשר לדמות את תהליך התפשטות הסבון על פני המים לסיכה שדוקרת יריעת גומי מתוחה, כאילו הסבון יוצר חור שמתפשט בתוך מתח הפנים המקורי והחזק של המים.
את התפשטות הסבון על פני המים ממש אפשר לראות בעיניים בניסוי סביבון פלפל וסבון, וההתפשטות הזו היא הבסיס לתנועת סירת המרוץ הקטנה שבנינו בניסוי זה: הצורה של הסירה והמקום שבו שמנו את פיסת הסבון מאפשרים לסבון לצאת אל המים רק דרך פתח קטן אחד בחלקה האחורי של הסירה – ומשם להתפשט אל אחורי הסירה. כאן נכנס לפעולה החוק השלישי של ניוטון (על שמו של אייזק ניוטון, שגילה אותו), שקובע שלכל פעולה בטבע יש תגובה הפוכה בכיוונה וזהה בעוצמתה. לפיכך, חלקיקי הסבון שמתפשטים ונדחפים החוצה דרך החלק האחורי של הסירה שלנו דוחפים אותה באותה עוצמה ובכיוון ההפוך, ואכן הסירה נדחפת קדימה.
אפשר להסביר את תנועת הסירה לפי דימוי הגומי המתוח: דמיינו שהסירה היא נקודה על פני יריעת גומי מתוחה של בלון. ברגע שנדקור את הגומי מימין לנקודה, מיד יתפשט קרע בכל הגומי, כך שהנקודה (הסירה) תימשך שמאלה עם חלק מהגומי.
אחרי כמה ניסויים עם סבונים שונים מצאתי כי סינטבון הוא הטוב ביותר לניסוי: סבון נוזלי מתפשט במהירות אדירה על פני המים. התוצאה היא תנועה מהירה מאוד של הסירה ברגע שטיפת הסבון הנוזלי מונחת עליה, אבל אחר כך הסירה נעצרת – כי כל המים כבר מכוסים בקרום של סבון, ואין יותר כוח מניע להתפשטות. בסבון מוצק רגיל – ריכוז החומר הפעיל כנראה נמוך מדי, וההתפשטות שלו על פני המים איטית מה שיוצר תנועה חלשה מאוד של הסירה. בסינטבון (ובאבקת כביסה) התנועה גם מהירה מספיק, וגם נשארת זמן ארוך יחסית.
ומה אתם חושבים: אם ניקח פיסת סבון גדולה מספיק, האם היא תצליח להניע סירה אמיתית על פני המים?
