Flamaster: moc kapilary

Hi!: Weźmy tak banalną rzecz, jak flamaster. To, że pisze jest raczej zrozumiałe, ale dlaczego tusz nie wylewa się sam, a dopiero wówczas, gdy dotkniemy końcówką do papieru?

Wiktor Niedzicki: Zjawisko, które pozwala trzymać się cieczy w wąskiej rurce i przezwyciężać siły grawitacji, nazywa się włoskowatością (lub zjawiskiem kapilarnym). Sprawcą tego fenomenu jest napięcie powierzchniowe. Otóż to silne napięcie powierzchniowe tworzące się między cieczą, a ścianką kanalika obniża ciśnienie w jego wnętrzu. Ponieważ ciśnienie zewnętrzne jest większe, wpycha ono ciecz do kapilary, czyli tego wąziutkiego kanalika. Im węższe jest naczynko włoskowate, tym napięcie powierzchniowe jest silniejsze. Brzmi to nielogicznie, ale bywa, że reguły fizyki ze zdrowym rozsądkiem nie mają wiele wspólnego.

Hi!: Czy flamaster to jedyny przedmiot, który korzysta z włoskowatości?

Wiktor Niedzicki: Skąd! Dokładnie na takiej samej zasadzie działa świeca. Jej knot, jak wiadomo, składa się z wielu skręconych włókien, a przerwy między włóknami działają jak zespół cieniutkich rurek zasysających stopiony wosk do góry. Podobnie działa lampa naftowa. Zjawisko kapilarne jest bardzo rozpowszechnione w naturze. Drzewa wykorzystują go do transportu wody z ziemi do górnych konarów i gałęzi.

Hi!: Skąd to wiadomo?

Wiktor Niedzicki: Weź kawałek drewna, na przykład listewkę, i przetnij ją wzdłuż na pół. Zanurz w wodzie jednym końcem i potrzymaj, a potem zanurz drugim.

Hi!: I co się stanie?

Wiktor Niedzicki: Spostrzeżesz, że jeden koniec chłonie wodę wolniej.

Hi!: Który?

Wiktor Niedzicki: Ten od góry. Ten, który pochodzi z części dolnej nosi nazwę odziomka. Z tej właściwości drewna korzystają powszechnie cieśle. W kopalniach drewniane stemple stawia się odziomkami do góry. Dziś już mało kto wie dlaczego. A właśnie dlatego, by chłonęły mniej wody i nie gniły szybko. Podobnie jest przy stawianiu drewnianej konstrukcji domu – cieśle baczą, by końcówki belek wystające na zewnątrz domu nie były odziomkami. W przeciwnym razie konstrukcja mogła by szybko zgnić od nadmiaru wilgoci. Współczesnym zastosowaniem zjawiska kapilarnego są też pampersy.

Hi!: Jak to?

Wiktor Niedzicki: Pieluchy służą do wchłaniania moczu – to nie jest żadne odkrycie. Ale żeby to robiły szybko i skutecznie i pozostawiały pupę z miłym poczuciem suchości, do tego potrzebne jest mistrzowskie wykorzystanie zjawiska włoskowatości. Pampers składa się z kilku warstw. Pierwsza zawiera cienkie włókna działające jak kapilary. Ich zadaniem jest szybkie chłonięcie cieczy. Druga składa się z długich włókien, wzdłuż których ciecz jest odprowadzana na boki. Tu zresztą też działa włoskowatość. Następna warstwa tzw. supersorbentu.

Hi!: Brzmi groźnie...

Wiktor Niedzicki: Ale dla sikających w pieluchy ma zbawienne działanie. Supersorbent dlatego jest super, że potrafi wchłonąć trzysta razy więcej niż wynosi jej objętość. Gdybyśmy do szklanki wsypali łyżeczkę takiej mączki (bo supersorbent ma postać mączki), a następnie wypełnili ją wodą, po chwili woda zostałaby całkowicie pochłonięta. Z dobrodziejstw włoskowatości i supersorbentu korzystają najbardziej nie niemowlaki, lecz dorośli, którzy cierpią na nieprzyjemną dolegliwość zwaną nietrzymaniem moczu.

Hi!: Wynika z tego, że flamaster jest tylko jednym i wcale nie najważniejszym zastosowaniem włoskowatości.

Wiktor Niedzicki: Raczej tak. Mało kto wie, że zjawisko to wykorzystuje się do izolacji kabli energetycznych. Normalnie izoluje się je warstwą metalu i plastiku – niestety metal rdzewieje, a plastik, drewnieje, czyli pęka.
W nowoczesnych osłonach kabli stosuje się dwie warstw zawierające wiele cienkich włókien działających jak kapilary, a między nimi dodatkowo umieszcza się sorbent.
Nawet ręczniki projektuje się pod kątem włoskowatości. Ważne przecież jest, kiedy ręcznik lepiej wchłania , a kiedy gorzej. Ma to swoją fachową nazwę: architektura włókien.

Hi!: Brzmi to nawet zabawnie.

Wiktor Niedzicki: Ale chodzi tu o rzecz całkiem poważną: można od razu tak zaprojektować materiał z którego ręcznik zostanie wykonany, by wchłaniał wodę lepiej lub gorzej. W końcu wszystkim zależy, by żyło nam się lepiej i wygodniej. Przecież z takiej właśnie potrzeby zrodził się flamaster.