แรงตึงผิวคืออะไร?

แรงตึงผิวคือแรงที่เกิดจากการรวมตัวของโมเลกุลของของเหลว แรงนี้อนุญาตให้พื้นผิวของของเหลวต้านทานได้ในระดับหนึ่งแรงภายนอกที่ใช้กับมัน มันเป็นความต้านทานนี้ซึ่งช่วยให้ตัวอย่างเช่นคลิปหนีบกระดาษลอยบนพื้นผิวของแก้วน้ำแม้ว่าคลิปหนีบกระดาษมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ แรงตึงผิวแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับของเหลวและปัจจัยอื่น ๆ เช่นอุณหภูมิ

แนวโน้มของของเหลวที่จะแสดงสมบัติของแรงตึงผิวเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดที่โมเลกุลของของเหลวมีต่อกันและกัน ภายในของเหลวแต่ละโมเลกุลจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลอื่น ๆ และแต่ละโมเลกุลจะดึงดูดโมเลกุลรอบ ๆ อย่างเท่าเทียมกันทำให้เกิดแรงสุทธิเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตามโมเลกุลที่ผิวของของเหลวจะไม่ถูกล้อมรอบในทุกทิศทางโดยโมเลกุลอื่น ๆ พวกมันจะดึงโมเลกุลที่อยู่ใกล้พวกมันออกมามากขึ้นและสร้างแรงตึงผิว

หยดน้ำก่อตัวเนื่องจากแรงตึงผิวและแรงตึงผิวช่วยให้อากาศสามารถสร้างฟองอากาศในของเหลว เมื่อโมเลกุลบนพื้นผิวของของเหลวดึงกับโมเลกุลอื่น ๆ ที่พื้นผิวปริมาณของของเหลวในอวกาศจะมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นทรงกลมและในกรณีที่ไม่มีแรงโน้มถ่วงหยดน้ำจะก่อตัวเป็นทรงกลมสมบูรณ์แบบ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากทรงกลมคือรูปร่างที่มีพื้นที่ผิวที่เล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้สำหรับปริมาตรที่กำหนด เมื่อหยดน้ำขนาดเล็กสองหยดชนกันโดยไม่มีแรงโน้มถ่วงแรงดึงดูดของโมเลกุลสำหรับโมเลกุลอื่นจะทำให้หยดรวมกันเป็นหยดขนาดใหญ่ แนวโน้มนี้บางครั้งสามารถสังเกตได้ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกมาตรฐานเช่นกัน

รูปร่างของเม็ดฝนที่ยืดยาวนั้นเกิดจากแรงดึงดูดของโลกที่หยด แรงตึงผิวมีแนวโน้มที่จะเป็นแรงที่อ่อนมากดังนั้นหยดน้ำจะถูกทำให้เสียรูปโดยแรงโน้มถ่วงหรือแรงอื่น ๆ เช่นแรงสู่ศูนย์กลางหรือแรงเหวี่ยง แมลงและสัตว์บางชนิดได้ปรับตัวเพื่อใช้ประโยชน์จากพลังนี้อย่างไรก็ตามอาจอ่อนแอ แมลงน้ำและกิ้งก่าเล็ก ๆ ที่เรียกว่า basilisks จริง ๆ แล้วขึ้นอยู่กับแรงตึงผิวของน้ำที่จะเดินบนมันโดยไม่จม

แรงตึงผิวของของเหลวซึ่งมักแสดงเป็น dynes ต่อเซนติเมตรคือปริมาณของแรงที่ต้องใช้ในการแตกผิวของของเหลวโดยเฉพาะในระยะเชิงเส้นหนึ่งเซนติเมตร Dyne เป็นหน่วยของพลังงานหรือแรงที่กำหนดเป็นปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการเร่งมวลหนึ่งกรัมในอัตราหนึ่งเซนติเมตรต่อวินาทีกำลังสอง หนึ่ง dyne ยังเท่ากับหน่วยมาตรฐานสากล (SI) ของ micro-newton