Vad är ytspänning?

Ytspänning är den kohesionskraft som uppvisas av molekylerna i en vätska. Denna kraft gör att en vätskas yta i viss mån kan motstå yttre krafter som appliceras på den. Det är detta motstånd som gör att till exempel ett gem att flyta på ytan av ett glas vatten trots att gemet har en densitet som är större än vattnet. Spänningen varierar beroende på vätskan och med andra faktorer som temperatur.

Tendensen hos en vätska att uppvisa egenskapen ytspänning uppstår från den attraktion som en vätskas molekyler har för varandra. Inom vätskan är varje molekyl omgiven av andra molekyler, och var och en attraherar alla andra omgivande molekyler lika mycket, vilket resulterar i en nettokraft på noll. Molekylerna på ytan av vätskan är dock inte omgivna i alla riktningar av andra molekyler. De drar starkare på molekylerna som är nära dem, vilket skapar ytspänning.

Vattendroppar bildas på grund av ytspänning, och det tillåter också luft att bilda bubblor i en vätska. När molekyler på ytan av en vätska drar på andra molekyler vid ytan, kommer en volym vätska i rymden att tendera att bilda en sfär och, i frånvaro av gravitation, bildar vattendroppar perfekta sfärer. Detta beror på att en sfär är den form som har minsta möjliga yta för en given volym. När två små droppar kolliderar i frånvaro av gravitation, tenderar attraktionen av molekylerna för andra molekyler att få dropparna att kombineras till en större droppe. Denna tendens kan ibland observeras även under normal jordgravitation.

Den långsträckta formen på regndroppar beror på tyngdkraften på dropparna. Ytspänningen tenderar att vara en mycket svag kraft, så dropparna deformeras lätt av gravitation eller andra krafter som centripetal- eller centrifugalkrafter. Vissa insekter och till och med djur har anpassat sig för att dra fördel av denna kraft, även om den är svag. Vattenbuggar och små ödlor som kallas basilisker förlitar sig faktiskt på vattenytans ytspänning för att gå på den utan att sjunka.

Ytspänningen hos en vätska, vanligtvis uttryckt som dyn per centimeter, är mängden kraft som krävs för att bryta ytan på en viss vätska över ett linjärt avstånd av en centimeter. En dyn är en enhet av energi eller kraft definierad som mängden energi som krävs för att accelerera ett gram massa med en hastighet av en centimeter per sekund i kvadrat. En dyn är också lika med den internationella standarden (SI) för mikro-newton.