表面张力，指的是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力，清晨凝聚在叶片上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴，都是在表面张力的作用下形成的。此外，水黾之所以能站在水面上，也是由于表面张力的作用。
一、现有理论解析表面张力
比较液体内的分子A和液面分子B的受力情况。以分子力的有效力程为半径作以分子A为中心的球面（图1），则所有对分子A有作用的分子都在球面之内。选取一段较长的时间T（是分子两次碰撞之间的平均时间），由于对称，在这段时间内，各个分子对A的作用力的合力等于零。以分子B为中心的球面中的一部分在液体当中，另一部分在液面之外，这部分分子密度远小于液体部分的分子密度。如果忽略这部分分子对B的作用，则由于对称，CC'和DD'之间所有分子作用力的合力等于零；对B有效的作用力是由球面内DD'以下的全体分子产生的向下合力。由于处在边界内的每—个分子都受到指向液体内部的合力，所以这些分子都有向液体内部下降的趋势，同时分子与分子之间还有侧面的吸引力，即有尽量收缩表面的趋势。这种情况使流体的表面好像蒙在一个表面积比它大的固体外面的弹性薄膜。
二、我的引力方程解析表面张力
2024年4月16日我在科学智慧火花栏目发表的《地震形成的分析及“地震”的普遍性》一文中论述到，地球内部及表面的引力常数必然是：g=Gρ4πx/3，其中x是距离地球中心的距离，g就是该点距离地球中心的引力场强度。假设地球平均密度为ρ ，距离地心为x处地球引力场强度大小g=Gρ4πx/3，存在于地球内部的质量m的引力应该等于引力强度乘以质量，也就是说，g是地球内部及表面的引力常数，所以地球内部及表面的万有引力定律的数学描述：F=Gρ4πxm/3——（1），其中x是质量m到地球中心的距离、m存在于x处的质量（x≤R），F是地球内部及表面的万有引力。
将上述引力方程应用到球形液体，分析F=Gρ4πxm/3——（1），对于同种液体，由于液体的密度ρ是常数，m代表球形液体内部分子的质量，显然球形液体内部分子引力的大小和x成正比。我们容易得出结论，距离球形液体球心越远引力越大，即m受到的引力和x成正比，所以必然是球形液体表面的液体分子受到的引力最大，这就是液体表面张力形成的本质原因，形成的液滴必然是球形的。
三、形成球形液滴必然性
把液滴放在比重相同又与液滴不起化学反应的另一种液体中，或在真空中自由下落，或在失重的人造卫星与火箭的环境中，则液滴将呈现理想的球形。球面形的肥皂泡，荷叶上的球形露珠，也可以用相同的道理来说明它的必然性，形成球形液滴必然性背后的理论支撑就是引力方程F=Gρ4πxm/3。
热门跟贴