濡れ-2｜水滴の形を決めるのは３つの界面張力のバランス

参考資料

 

コップやフライパンの上に置いた水滴の形はどのように決まるのか考えてみましょう。

大事なのは界面張力（表面張力）です。

界面張力の話は以前にこのブログで触れているのでそちらを参考にしてください。

簡単にいうと、表面積を小さくしようとする力です。

 

固体の上に液滴を置いたときにはたらく界面張力はどのようなものがあるでしょうか？

絵を描いてみましょう。

参考資料　図1

これは固体の上に液滴を置いた状態を真横から見た断面図を描いています。

 

ここで A 点にはたらく力を考えると、３つの界面張力があります。

空気と固体の間の界面張力１、空気と液体の間の界面張力２、そして液体と固体の間の界面張力３の３つです。

はたらく力の向きは、それぞれの界面の面積を小さくする方向なので、図の矢印のとおりです。

 

これだけ考えられれば後はシンプルです。

３つの界面張力は A 点をそれぞれ矢印の向きに引っ張ろうとしています。

あとは左に引っ張ろうとする力と右に引っ張ろうとする力のどちらが強いかで液滴の形が決まります。

左に引っ張る力が強ければ拡がった形になりますし、右に引っ張る力が強ければ丸まった形になります。

参考資料　図2
参考資料　図3

 

それだけといえばそれだけなので、もし固体の表面が水をはじくようにしたいときは、右に引っ張る力が強くなるような（あるいは左に引っ張る力が弱くなるような）物質を探せばよいです。

このように界面張力を調節すれば、自分の狙った形にすることができます。

そのあたりの話はまた次回にします。