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?

4 תגובות

  • אורנה

    סירת מירוץ שנוסעת בעזרת סבון

    שלום רב.
    ניסיתי את הניסוי עם סירת המירוץ שנוסעת בעזרת סבון. בכל פעם שהוספתי את הסבון הסירה שקעה וגם כאשר הצליחה לבסוף לצוף לא זזה. האם תוכל להוסיף טיפים להצלחת הניסוי?
    תודה מראש

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    זה הכל בידיים שלך

    היי אורנה
    דבר ראשון - אל תתייאשי, גם לי זה לא הצליח בפעם הראשונה.
    דבר שני - אם הסירה גם שוקעת וגם בכלל לא זזה - זה אומר שכל המים, משום מה, כבר מתכסים לך בסבון, מהסיבה הזאת הסבון כבר לא מתפשט יותר, והסירה לא זזה, ובנוסף הסבון מחליש את מתח פני המים ולכן הסירה שוקעת (ה'קרום' של המים כאילו נקרע, נחלש).
    אז יכול להיות שהיד שלך 'מלוכלכת' בסבון, ואז כשאת מכניסה את הסירה למים זה מסבן אותם. תנסי לשים נקודה של סינטבון (רק סינטבון או אבקת כביסה שלשת לגוש) על הסירה כאשר היא מחוץ למים, ואז תרחצי ידיים מהסינטבון ורק אז תניחי בעדינות את הסירה. לחלופין את יכול להניח עם קיסם נקודה של סבון נוזלי על הסירה - אבל אז כאמור בכתבה היא נוסעת מהר חד-פעמית.
    אבל זה בכל זאת מוזר לי שזה שוקע, אם משתמשים בחומר המתאים הסירה אמורה לצוף בכל מקרה, האם את משתמשת בפלסטיק של כוס חד פעמית שקופה כמו בסרטון? מנסיוני אפילו אם 'מטביעים' אותו הוא צף חזרה, תשתדלי להשתמש בחומר הזה ולבדוק האם הסירה צפה חזרה בכל פעם שאת מטביעה אותה (בלי סבון). אם היא שוקעת כנראה החומר של הסירה כבד (צפוף) מדי, אז אני אמליץ לעבור לחומר שבטוח יצוף וזה קלקר - פשוט להשתמש בכוס קלקר חד פעמית, או בפלסטיק פוליגל (שמכיל אוויר). גם כאן בכל מקרה מומלץ לרחוץ ידיים היטב מהסבון לפני שמכניסים את הסירה למים.

    בהצלחה רבה!
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • עילי מאירוב

    אוהב מדעים

    אני מתעניין במדע, ומאד אוהב לראות את הניסויים שיש באתר ועושה הרבה מהם בבית. הייתי שמח להופיע איתך בניסוי מדעי.
    תודה עילי מאירוב

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    שלח מייל

    היי עילי
    שלח לי בבקשה גם מייל אל:
    avraham.saig@weizmann.ac.il
    ואוסיף את שמך ופרטי ההתקשרות לרישמת המעוניינים, לקראת הצילומים הבאים.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע