¿Alguna vez has visto una vela? Ojalá la uses. Un fenómeno interesante que podemos observar cuando una vela arde es que la parte inferior de la mecha suele estar siempre húmeda con cera derretida. La presencia de cera derretida en la mecha permite que la vela arda durante mucho tiempo. ¿Qué hace que la cera derretida suba hacia la mecha? Podemos observar el mismo fenómeno en las antorchas.
Muchos aspectos interesantes de nuestra vida cotidiana se asemejan a los fenómenos que ocurren en las velas y las lámparas de aceite. Es como si el líquido tuviera patas, permitiéndole ascender. ¿Puedes explicar esto científicamente? Un concepto físico que puede explicar los fenómenos que ocurren en las velas, las lámparas de aceite y muchos otros fenómenos relacionados es la capilaridad.
Fuerzas de cohesión y adhesión
La cohesión es la fuerza de atracción entre moléculas de una misma sustancia, mientras que la fuerza de atracción entre moléculas de sustancias diferentes se denomina adhesión. Por ejemplo, si vertemos agua en un vaso, la cohesión se produce cuando las moléculas de agua se atraen entre sí, mientras que la adhesión se produce cuando las moléculas de agua y las moléculas de vidrio se atraen entre sí.
Ángulo de contacto
Antes de profundizar en el concepto de capilaridad, primero debemos comprender cómo influyen las fuerzas adhesivas y cohesivas en ella. Por ejemplo, consideremos un líquido en un vaso. Cuando las fuerzas cohesivas de las moléculas del líquido son más fuertes que las fuerzas adhesivas (las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido y las del vidrio), la superficie del líquido se curvará hacia arriba. Un ejemplo de esto es cuando hay agua en un vaso. Se suele decir que el agua moja la superficie del vidrio. Por el contrario, si las fuerzas adhesivas son más fuertes, la superficie del líquido se curvará hacia abajo. Por ejemplo, cuando hay mercurio en un vaso.
El ángulo formado por la curva se denomina ángulo de contacto. Cuando la fuerza cohesiva del líquido es mayor que la fuerza adhesiva, el ángulo de contacto formado suele ser inferior a 90°.o (imagen a). Por el contrario, si la fuerza de adhesión es mayor que la fuerza de cohesión del fluido, entonces el ángulo de contacto formado es mayor de 90°.o (Figura b). Las fuerzas de adhesión y cohesión son teóricamente difíciles de calcular, pero el ángulo de contacto se puede medir. ¿Cuál es la relación con la capilaridad?
El concepto de capilaridad
Si la fuerza de cohesión de un líquido es mayor que la fuerza de adhesión, la superficie del líquido se curvará hacia arriba. Al insertar un tubo delgado (con un diámetro menor que el del recipiente), se formará una sección más elevada del líquido. En otras palabras, el líquido del recipiente asciende a través de la columna del tubo. Esto se debe a que la tensión superficial total a lo largo de la pared del tubo actúa hacia arriba. La altura máxima que puede alcanzar un líquido se da cuando la tensión superficial es igual o superior al peso del líquido en el tubo. Por lo tanto, el líquido solo puede ascender hasta una altura donde la tensión superficial se equilibre con el peso del líquido en el tubo.
Por el contrario, si la fuerza adhesiva es mayor que la fuerza cohesiva del líquido, la superficie del líquido se curvará hacia abajo. Al insertar un tubo o conducto delgado (con un diámetro menor que el del recipiente), se formará una parte inferior del líquido (véase la imagen a continuación).
Este efecto se conoce como movimiento capilar o capilaridad, y estos tubos delgados se denominan capilares. Cabe destacar que nuestros vasos sanguíneos más pequeños también pueden llamarse capilares, ya que la circulación sanguínea en estos diminutos vasos se debe al efecto capilar. De manera similar, el fenómeno de la cera o el queroseno derretidos que ascienden a través de una mecha también es evidente. Además, se cree que la capilaridad desempeña un papel vital en el movimiento del agua y los nutrientes desde las raíces hasta las hojas a través de los diminutos vasos del xilema. Sin capilaridad, la superficie del suelo se secaría inmediatamente después de la lluvia o el riego. Otro efecto importante de la capilaridad es la retención de agua en los espacios entre las partículas del suelo.
Ecuación de capilaridad
¿Cómo podemos determinar la altura a la que asciende el agua a través de una columna capilar? El líquido parece ascender en la columna. 
Tubo capilar con radio r y altura h. La fuerza que mantiene el líquido a una altura h es la componente de la fuerza de tensión superficial en la dirección vertical: F cos theta.
La parte superior del tubo capilar está abierta, por lo que se ejerce presión atmosférica sobre la superficie del líquido. La longitud de la superficie de contacto entre el líquido y el tubo es 2πr (la circunferencia del círculo). Por lo tanto, la magnitud de la componente vertical de la fuerza de tensión superficial que actúa a lo largo de la superficie de contacto es:
Si se ignora la curva ascendente de la superficie del líquido, entonces el volumen de líquido en la tubería es:
Volumen de líquido = Superficie de la tubería x Altura del líquido
V = A h
V = (π r 2 ) h
Si la componente vertical de la fuerza de tensión superficial se equilibra con el peso de la columna de líquido en el tubo capilar, entonces el líquido no puede ascender más. En otras palabras, el líquido alcanzará su altura máxima cuando la componente vertical de la fuerza de tensión superficial se equilibre con el peso del líquido a la altura h. La componente vertical de la fuerza de tensión superficial es:
F = γ 2 π r cos θ
Mientras tanto, el peso del líquido en el tubo capilar es:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ ( π r2 h) g
Cuando el líquido alcanza su altura máxima (h), la componente vertical de la fuerza de tensión superficial debe ser igual al peso del líquido en el tubo capilar. Matemáticamente, se escribe:
Esta es la ecuación que buscamos. Si desea determinar la altura de una columna de líquido, utilice esta ecuación.
