表面張力とは

表面張力は、液体の分子が示す凝集力です。 この力により、液体の表面は、外部の力にある程度耐えることができます。 たとえば、ペーパークリップの密度が水よりも大きい場合でも、ペーパークリップがコップ一杯の水の表面に浮くことができるのはこの抵抗です。 表面張力は、液体や温度などの他の要因によって異なります。

液体が表面張力の性質を示す傾向は、液体の分子が互いに持っている引力から生じます。 液体内では、各分子は他の分子に囲まれており、それぞれが周囲の他のすべての分子を均等に引き付け、正味の力はゼロになります。 ただし、液体の表面にある分子は、他の分子によってすべての方向が囲まれているわけではありません。 それらは近くの分子をより強く引っ張り、表面張力を作り出します。

表面張力により水滴が形成され、表面張力により空気が液体中に気泡を形成することもできます。 液体の表面の分子が表面の他の分子を引っ張ると、空間内の液体の体積が球体を形成する傾向があり、重力がない場合、水滴は完全な球体を形成します。 これは、球体が特定のボリュームに対して可能な限り小さい表面積を持つ形状であるために発生します。 重力のない状態で2つの小さな液滴が衝突すると、他の分子に対する分子の引力により、液滴が結合して大きな液滴になる傾向があります。 この傾向は、標準的な地球重力の下でも時々観察されることがあります。

雨滴の細長い形状は、液滴への重力の引力によるものです。 表面張力は非常に弱い力になる傾向があるため、液滴は重力または求心力や遠心力などの他の力によって簡単に変形します。 いくつかの昆虫や動物でさえ、この力を利用するようになっていますが、弱いかもしれません。 水虫とバジリスクと呼ばれる小さなトカゲは、実際に水面の張力に依存して、沈むことなく水上を歩きます。

液体の表面張力は、通常1センチメートルあたりのダインとして表され、1センチメートルの直線距離にわたって特定の液体の表面を破壊するために必要な力の量です。 ダインは、1平方センチメートルあたり1センチメートルの割合で1グラムの質量を加速するのに必要なエネルギー量として定義されるエネルギーまたは力の単位です。 1ダインは、マイクロニュートンの国際標準（SI）単位にも相当します。