Liquidi e capillarità

[InCercaDiSpiegazioni]

Devo studiare fisiologia vegetale quindi quel che vorrei chiedere, forse non c'entra molto con questo forum, ma io ci provo, postando per lo meno nella sezione di fisica. XD

Non mi sono ben chiari alcuni concetti e formule della capillarità, cioè dell'acqua in salita su per i tubicini di vetro, il che può essere assimilabile a parte della tecnica grazie alla quale l'acqua riesce a salire su per lo xilema delle piante.


Comincio con varie domande, e se volete potete non rispondere a tutte in una sola volta:

1)L'acqua in ogni caso, e come ogni liquido, minimizza sempre la sua interfaccia liquido-gas, giusto!?
L'acqua all'interno di un tubicino di vetro, a contatto con pareti idrofile non repulsive, sviluppa forze di ADESIONE, che creano un'interfaccia liquido-aria concavo (verso l'aria).
Questo fa si che la TENSIONE SUPERFICIALE si concentri verso il centro dell'interfaccia!?
O qua c'entra anche la FORZA DI TENSIONE ?
Questa TENSIONE SUPERFICIALE (e/o anche la FORZA DI TENSIONE?) fa poi nascere una forza verso l'altro in contrasto con la forza di GRAVITà, che fa salire l'acqua !?
Modificando quell'interfaccia liquido-aria concavo durante la salita!?

2)Anche il mercurio tende a minimizzare la sua interfaccia liquido-aria.
Ma all'interno di un tubicino di vetro, sviluppa forze repulsive tra sé e le pareti formando un'interfaccia convesso (rivolto verso l'aria).
Questo fa si che la TENSIONE SUPERFICIALE (e/o anche la FORZA DI TENSIONE?) sviluppi una forza verso il basso insieme alla forza di GRAVITà, che non fa salire il liquido su per il tubo ?

[ciclotrone]

Se studiassi la cosi detta "forza di Casimir" capiresti perché un tubo di diametro piccolo attira l'acqua.

Però la stessa attrazione impedisce all'acqua di uscire dal capillare stesso.

In realtà quando si parla di capillari, non si fa mai cenno alla forza di Casimir, si parla invece delle forze di van der waals.
Ma io che non sono laureato in fisica, penso che siano la stessa cosa (forse sto sbagliando a pensare, non so).

Inoltre penso che la forza si Casimir non fa parte della fisica classica, fa parte invece della fisica quantistica, e si sa... alcune cose della fisica quantistica sono davvero fuori dalla logica, come per esempio "Entanglement quantistico".

[Candy]

Pur capendo molto poco, (nulla), di quanto ha scritto l'OP, l'argomento mi ha sempre incuriosito. Chissà se, ad esempio, PietroBaima può intervenire e raccontare qualcosa di leggibile, (per me).

[InCercaDiSpiegazioni]

Il libro non cita la formula di Casimir, evidentemente forse devo studiare argomenti più semplici per fortuna XD

[PietroBaima]

Se studiassi la cosi detta "forza di Casimir" capiresti perché un tubo di diametro piccolo attira l'acqua.

No, capiresti tutt'altro.

In realtà quando si parla di capillari, non si fa mai cenno alla forza di Casimir, si parla invece delle forze di van der waals.

questo dovrebbe dirti molto.

alcune cose della fisica quantistica sono davvero fuori dalla logica, come per esempio "Entanglement quantistico".

Lo sono per chi non le conosce.
Anche il fatto che sia la terra a girare intorno al sole e non il contrario è una cosa apparentemente fuori dalla logica e in apparente contrasto con l'esperienza di tutti i giorni.

1)L'acqua in ogni caso, e come ogni liquido, minimizza sempre la sua interfaccia liquido-gas, giusto!?

Senza entrare nel dettaglio su argomenti di fluidodinamica, in prima approssimazione, si può dire di sì.
Questo è però vero nel caso statico, dove il liquido è in quiete.
Per farti una idea moolto grossolana considera i vasi comunicanti: l'altezza del liquido, a parità di condizioni del gas nei due vasi, è la stessa.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Se "avvicino" i due vasi ovviamente non cambia nulla, così:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

In definitiva posso pensare, quindi, di portare infinitamente vicini i due vasi e farli "collassare" in un unico vaso, per il quale dovrà comunque valere il principio dei vasi comunicanti.
Ecco che un liquido presenta quindi lo stesso livello in ogni suo punto, cioè minimizza la sua interfaccia.

L'acqua all'interno di un tubicino di vetro, a contatto con pareti idrofile non repulsive, sviluppa forze di ADESIONE, che creano un'interfaccia liquido-aria concavo (verso l'aria).
Questo fa si che la TENSIONE SUPERFICIALE si concentri verso il centro dell'interfaccia!?
O qua c'entra anche la FORZA DI TENSIONE ?

Stai facendo confusione.
Qui a rigore ci sono due forze da studiare: le forze di adesione e le forze di coesione.
Se ci concentriamo sull'acqua (il miglior solvente che si conosca) si hanno le forze di coesione, che permettono alle molecole di acqua di aggregarsi in gocce e le forze di adesione, che permettono alle gocce di aderire alla superficie alla quale sono in contatto.

Questa TENSIONE SUPERFICIALE (e/o anche la FORZA DI TENSIONE?) fa poi nascere una forza verso l'altro in contrasto con la forza di GRAVITà, che fa salire l'acqua !?
Modificando quell'interfaccia liquido-aria concavo durante la salita!?

Queste sono le forze che subisce una molecola d'acqua quando è immersa nel fluido: come vedi la risultante è nulla.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

All'interfaccia, invece, mancano le forze provenienti dall'alto e, per questo motivo, si ha una risultante non nulla verso l'alto (evidenziata in rosso).

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Normalmente, questa forza è trascurabile rispetto alla forza peso del fluido stesso.
Tuttavia, se il fluido si trova entro un tubicino sottile, dove la massa di acqua è piccola può diventare predominante, causando la risalita contro gravità del fluido stesso.

2)Anche il mercurio tende a minimizzare la sua interfaccia liquido-aria.
Ma all'interno di un tubicino di vetro, sviluppa forze repulsive tra sé e le pareti formando un'interfaccia convesso (rivolto verso l'aria).
Questo fa si che la TENSIONE SUPERFICIALE (e/o anche la FORZA DI TENSIONE?) sviluppi una forza verso il basso insieme alla forza di GRAVITà, che non fa salire il liquido su per il tubo ?

e questa è una conseguenza del fatto che il mercurio è decisamente più denso dell'acqua. Esiste una densità limite del fluido per la quale la risalita per capillarità non è più possibile.
Essa corrisponde al valore per il quale la forza di pressione interna su una singola molecola è inferiore alla forza peso su una singola molecola.

Spero di avere risposto.

Ciao,
Pietro.

[PietroBaima]

Il libro non cita la formula di Casimir

Se lo facesse ti direi di buttare via il libro

[IsidoroKZ]

Se studiassi la cosi detta "forza di Casimir" capiresti perché un tubo di diametro piccolo attira l'acqua.

Non diciamo fesserie troppo grandi, grazie!

[DirtyDeeds]

Se studiassi la cosi detta "forza di Casimir" capiresti perché un tubo di diametro piccolo attira l'acqua.

Ah, adoro quando qualcuno inizia a sparare termini a casaccio senza avere la più pallida idea di ciò di cui sta parlando (o avendone un'idea completamente sbagliata....)! Però, ciclotrone, facciamo una cosa: se vuoi propinarci la foto di un'altra lagrangiana, fallo in un'altra discussione, così chi è InCercaDiSpiegazioni non rischia di leggere fesserie.

[InCercaDiSpiegazioni]

L'acqua all'interno di un tubicino di vetro, a contatto con pareti idrofile non repulsive, sviluppa forze di ADESIONE, che creano un'interfaccia liquido-aria concavo (verso l'aria).
Questo fa si che la TENSIONE SUPERFICIALE si concentri verso il centro dell'interfaccia!?
O qua c'entra anche la FORZA DI TENSIONE ?

Stai facendo confusione.
Qui a rigore ci sono due forze da studiare: le forze di adesione e le forze di coesione.
Se ci concentriamo sull'acqua (il miglior solvente che si conosca) si hanno le forze di coesione, che permettono alle molecole di acqua di aggregarsi in gocce e le forze di adesione, che permettono alle gocce di aderire alla superficie alla quale sono in contatto.

Il mio libro dice, citando testualmente:
"Il grado con il quale l'acqua è attratta verso la fase solida rispetto a se stessa può essere quantificato misurando l'angolo di contatto che descrive la forma dell'interfaccia aria-acqua che ne risulta e quindi l'effetto che la tensione superficiale esercita sulla pressione nel liquido".

1)Quindi prende in considerazione l'Adesione, ma anche la Tensione Superficiale, mettendola in correlazione con l'Angolo di Contatto, tra l'acqua e le pareti idrofile del vetro.
2)Tale angolo di contatto è il famoso angolo di curvatura chiamato r della formula:
P IDROSTATICA= -2T/r ?
A riguardo il libro non è esplicito.

Questa TENSIONE SUPERFICIALE (e/o anche la FORZA DI TENSIONE?) fa poi nascere una forza verso l'altro in contrasto con la forza di GRAVITà, che fa salire l'acqua !?
Modificando quell'interfaccia liquido-aria concavo durante la salita!?

Queste sono le forze che subisce una molecola d'acqua quando è immersa nel fluido: come vedi la risultante è nulla.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

All'interfaccia, invece, mancano le forze provenienti dall'alto e, per questo motivo, si ha una risultante non nulla verso l'alto (evidenziata in rosso).

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Normalmente, questa forza è trascurabile rispetto alla forza peso del fluido stesso.
Tuttavia, se il fluido si trova entro un tubicino sottile, dove la massa di acqua è piccola può diventare predominante, causando la risalita contro gravità del fluido stesso.

Le forze di questi disegni invece sarebbero quelle di Coesione?
E quindi l'acqua risalirebbe su per il tubo solo grazie a queste ultime?!
Però senza dubbio l'Angolo di Contatto tra liquido e superficie solida del tubo dovrebbe influenzare la direzione di quelle forze, oppure aggiungere la Forza di Tensione imprimendole la direzione verso l'alto o il basso, a seconda dei casi.
E qui ci sarà da seguire sempre la solita formula della P idrostatica=Potenziale Idrico di P ?

P=-2T/r

In questa formula quando T è rivolto verso l'alto che segno ha? Idem per r?
Capite perché lo chiedo?
Credo che quella P sia negativa quando l'acqua riesce a salire e viceversa per liquidi che non riescono a salire come il mercurio.

2)Anche il mercurio tende a minimizzare la sua interfaccia liquido-aria.
Ma all'interno di un tubicino di vetro, sviluppa forze repulsive tra sé e le pareti formando un'interfaccia convesso (rivolto verso l'aria).
Questo fa si che la TENSIONE SUPERFICIALE (e/o anche la FORZA DI TENSIONE?) sviluppi una forza verso il basso insieme alla forza di GRAVITà, che non fa salire il liquido su per il tubo ?

e questa è una conseguenza del fatto che il mercurio è decisamente più denso dell'acqua. Esiste una densità limite del fluido per la quale la risalita per capillarità non è più possibile.
Essa corrisponde al valore per il quale la forza di pressione interna su una singola molecola è inferiore alla forza peso su una singola molecola.

Capisco, però può darsi che i fatti si possano spiegare anche solo con la P idrostatica= Pot Idrico di P e le altre forze citate dal mio libro?

Grazie mille comunque