EKSPERIMENT:

Če pod tanko plast vode postavimo magnet, se le-ta rahlo vboči. Deformacija je vidna s prostim očesom, vendar je zelo majhna (nekaj mikronov), zato takšno opazovanje ne more biti osnova za resnejše meritve.







Slika: Opazujemo lahko le odbito svetlobo iz okoliških svetil in na podlagi te sklepamo, da je na vodni gladini prišlo do deformacije.

Pri tanki plasti vode ima pomembno vlogo površinska napetost. Površinsko silo si lahko predstavljamo, če pomislimo, da so molekule v kapljevini bolj vezane, kot molekule na površju, zato je tudi njihova energija nižja. Večji površini ustreza več molekul na površju, zato je tudi površinska energija večja. Zaradi površinske napetosti teži površje k temu, da bi bilo čim manjše. Če potopimo v kapljevino trden predmet, se v skrajni točki, v kateri se kapljevina dotika predmeta, površje usmeri tako, da tvori s površino trdnega predmeta kot, ki je odvisen od kapljevine, snovi iz katere je narejen trden predmet in tretje snovi, ki je v našem primeru zrak.

Slika: Prikaz stika treh snovi: na levi sliki kapljevina omoči trdno snov, na desni pa je ne omoči.

Enak kot tvori na meji površje kapljevine s površjem trdne snovi tudi če kanemo kapljo kapljevine na trdno snov. Ta kot imenujemo mejni kot (). Če je mejni kot manjši od 90 stopinj (leva slika), se ob stiku s površjem trdnega telesa kapljevina dvigne (pravimo, da predmet omoči). Če pa je kot večji od 90 stopinj (desna slika), se kapljevina spusti (pravimo, da predmeta ne omoči).

Pri našem poskusu smo želeli ustvariti tanko vodno gladino, zato smo uporabili plastično posodo. Plastike, ki smo jo uporabili, voda ne omoči, kar povzroča težave, če želimo opazovati pojave na njeni gladini. Vodi smo dodali milnico, da bi zmanjšali površinsko napetost, magnet pa smo kljub temu dali pod posodo, da bi zmanjšali število neljubih dejavnikov, ki bi lahko vplivali na meritev.


Kako izmeriti globino vdrtine na vodni gladini?

Ker je globina vdrtine majhna, vodna gladina pa občutljiva na snovi, ki jih obliva, bi bilo merjenje z nam poznanimi klasičnimi merskimi pripomočki za merjenje dolžin zelo oteženo.
Zaradi tega smo se odločili, da bomo deformacijo raje opazovali s pomočjo svetlobe, ki se odbije od gladine. želeli smo, da bi bila naša meritev čim bolj natančna, torej smo potrebovali čim tanjši curek svetlobe in natančen podatek o poziciji tega žarka. Tanek curek svetlobe smo dobili z črtnim laserjem. Laserski snop smo razklonili v črto s cilindrično lečo samo zato, da smo lažje opazovali odbito svetlobo na zaslonu. Za natančno pomikanje laserja pa smo uporabili koordinatni vrtalnik iz elektronskega laboratorija, ki zmore zelo majhne premike (do 10 mikronov).
Laser smo torej namestili na koordinatni vrtalnik tako, da je svetloba padala na gladino pod majhnim kotom glede na vpadno pravokotnico (pravokotnico na vodno gladino). Odboj na vodni gladini je bil zaradi tega slabši kot bi bil v primeru, da bi svetloba vpadala pod večjim kotom. Vendar bi bila debelina žarka v slednjem primeru prevelika, natančna meritev pa otežena. (glej sliko)

Slika: Vpad dveh curkov svetlobe pod različnimi koti. Jasno se vidi, da je curek, ki vpada pod večjim kotom glede na vpadno pravokotnico, na gladini bolj razmazan.
Odbiti laserski žarek smo opazovali na zaslonu nad vodno gladino. Vselej ko smo premaknili laser, smo si zabeležili njegov premik v vodoravni smeri. Na zaslonu pa smo istočasno opazovali in izmerili spremembo lege odbite svetlobe. Vselej smo si zabeležili le lego sredine žarka, saj je za vse ostale geometrija preveč zahtevna. Profil vodne gladine, kot smo ga narisali na grafa, je torej prerez vodne gladine vzdolž diametra magneta.