Dotazy a odpovědi

Proč se smítko v rozpuštěném vosku svíčky pohybuje?

Datum odpovědi: 23. 9. 2025

1501

Dotaz:

Všiml jsem si, že smítka plavající v rozpuštěném vosku ve svíčce se pomalu přibližují ke knotu. Když se ho téměř dotýkají, rychle se vrátí na okraj svíčky a svou cestu opakují. Proč tomu tak je?
Zdroj obrázku: Canva

Minutová odpověď:

1)

Popsaný pohyb smítka pozorujeme díky rozdílným teplotám vosku v různých místech svíčky.

2)

Směrem ke knotu smítko nese konvekční cyklus poháněný rozdílnou hustotou vosku u knotu a na vnějším okraji svíčky. Rozdíl v povrchovém napětí teplého a studeného vosku smítko prudce odnáší zpět na okraj svíčky.
Zdroj obrázku: Canva

Celá odpověď:

Popsaný pohyb je vyvolaný dvěma navzájem propojenými hydrodynamickými procesy.

Zaprvé jde o tzv. konvekci (šíření tepla prouděním). Podobně jako horký vzduch stoupá vzhůru, i teplejší vosk je lehčí (má nižší hustotu) než vosk studenější, a proto stoupá nahoru. U naší svíčky to znamená, že vosk, který je blízko knotu, se ohřívá a stoupá v našem voskovém jezírku výše, čímž způsobí proudění vosku ve spodních vrstvách směrem od okraje svíčky ke knotu a nahoru; odtud je dále vytlačován novou masou teplého vosku zase směrem k okrajům svíčky. Na této cestě vosk postupně chladne a na okraji svíčky již relativně studený vosk klesá směrem dolů, kde je opět tažen zpět ke knotu. 

Tento samotný jev by mohl cykličnost pohybu vysvětlit, šlo by ale o rovnoměrný pomalý pohyb. To ale na svíčce většinou nepozorujeme. Ke knotu se smítko pohybuje spíše pomalu a rozvážně, od knotu jako by ale bylo vystřeleno směrem k okraji.

Tuto impulzivní, rychlou změnu směru a rychlosti pohybu vysvětluje druhý hráč, tzv. Marangoniho efekt. Ten říká, že smícháme-li nerovnoměrně dvě kapaliny s různým povrchovým napětím, bude kapalina proudit z míst s nižším povrchovým napětím do míst s vyšším povrchovým napětím. 

Marangoniho efekt si můžeme snadno ověřit doma v kuchyni. Do mističky dáme vodu, na ni nasypeme mletý pepř (plave na hladině a je dobře vidět, poslouží nám pro zviditelnění celého jevu). Potom kápneme kapičku jaru nebo tekutého mýdla – roztoků s velmi malým povrchovým napětím – doprostřed naší mističky s vodou a pepřem. Ihned po nakápnutí se pepř rychle rozběhne od středu misky k okraji. Velmi názorně na tom vidíme, jak povrchová vrstva celé kapaliny nesoucí zrníčka pepře proudí směrem od místa s nižším povrchovým napětím (mýdlo) směrem k místům s vyšším povrchovým napětím (čistá voda bez mýdla) [1]. 

Aby byl popis pohybu smítka ve vosku svíčky o chlup přesnější, zmíním ještě jeden efekt. Ten sice není hnací silou, nezpůsobuje samotný pohyb, ale ovlivňuje ho. Celý jev je ovlivněn změnou viskozity vosku s teplotou: studenější vosk je tužší a teče pomaleji (tedy je více viskózní), proto se smítko v hlubších vrstvách pohybuje ještě pomaleji a zároveň teplý vosk v horních vrstvách je tekutější (má nižší viskozitu) a umožňuje tak smítku hnanému Marangoniho efektem rychle vystřelit směrem k okraji. Postupně je tento pohyb ale chladnoucím voskem a tím i zvyšující se viskozitou zpomalován.

Pojďme si celé pozorování smítka shrnout. Doporučuji zapálit svíčku, chvíli ji nechat hořet a potom si nějaké pohybující se smítko v bazénku roztaveného vosku najít. Řekněme, že se právě teď pohybuje velmi rychle k okraji svíčky – je neseno prouděním teplé povrchové a velmi málo viskózní vrstvy vosku z místa s nižším povrchovým napětím (horký vosk u knotu) do míst s vyšším povrchovým napětím (směrem ke chladnějším oblastem). Během toho dochází k ochlazování vosku a tím i ke zvyšování jeho povrchového napětí, zvyšování hustoty a zvyšování viskozity. Naše smítko spolu s chladnoucím voskem zpomaluje, postupně se dostává k okraji svíčky a noří se hlouběji. V určitou chvíli je již lehce zanořené smítko chyceno spodními studenějšími proudy, které jej velmi pomalu táhnou směrem ke knotu – tedy k místům, kde se vosk ohřívá a stoupá vzhůru, aby byl nakonec opět stržen proudem mířícím k místům s vyšším povrchovým napětím na studenějším okraji svíčky. 

Poznámka na konec – jedná se o křehkou souhru hned několika efektů, takže asi nepřekvapí, že ne každé smítko se takto bude pohybovat. Některá smítka prostě sednou na dno našeho voskového bazénku, některá „odjedou“ na kraj a už se nevrátí zpátky. O tom, které smítko uvidíme takto cestovat rozhoduje jeho hustota, velikost a další vlastnosti. Pokud ale svíčku necháte chvíli hořet a dobře se zadíváte, dříve či později se nějaké to smítko objeví!

1501 f1

Pro Zeptej se vědce odpovídala Ivana

Další čtení prověřené autorem:

Konvekce: Proudění – konvekce tepla | Eduportál Techmania

Povrchové napětí: Co je to povrchové napětí a jak si s ním zaexperimentovat? | iQLANDIA.cz

Marangoniho efekt: https://en.wikipedia.org/wiki/Marangoni_effect

Odpovídala

(Fyzikální fakulta Vídeňské univerzity a Max Perutz Laboratoře)

Odborná recenze:

(Fyzikální ústav AV ČR)

Editace textu:

Kategorie: Fyzika a chemie

Mohlo by se vám líbit: