ろうそくを見たことがありますか？できれば使ってみてください。ろうそくが燃えているときに見られる興味深い現象の1つは、燃えているろうそくの芯の底が、溶けたロウで常に濡れていることです。芯に溶けたロウがあるということは、ろうそくが長時間燃え続けることができるということです。溶けたロウが燃えているろうそくの芯に向かって上昇する原因は何でしょうか？同じ現象は、たいまつでも観察できます。
私たちの生活の中には、ろうそくやオイルランプで起こる現象と似た興味深いものがたくさんあります。まるで液体に足が生えて、上へ移動しているかのようです。これを科学的に説明できますか？ろうそくやオイルランプ、その他多くの関連現象を説明できる物理学の概念の一つが毛細管現象です。
凝集力と付着力
凝集力とは、同じ物質の分子間に働く引力のことであり、異なる物質の分子間に働く引力は付着力と呼ばれます。例えば、グラスに水を注ぐ場合、水分子同士が引き合うことで凝集力が働き、水分子とガラス分子が引き合うことで付着力が働きます。
接触角
毛細管現象の概念を掘り下げる前に、まず付着力と凝集力が毛細管現象にどのように影響するかを理解する必要があります。たとえば、ガラスの中の液体を考えてみましょう。液体分子の凝集力が付着力（液体分子とガラス分子間の引力）よりも強い場合、液体の表面は上向きに湾曲します。これは、水がガラスの表面を濡らすという現象の一例です。逆に、付着力が強い場合は、液体の表面は下向きに湾曲します。たとえば、水銀がガラスの中にある場合です。
曲線によって形成される角度を接触角と呼びます。液体の凝集力が付着力よりも大きい場合、形成される接触角は一般的に90°未満になります。o （図a）。逆に、付着力が流体凝集力よりも大きい場合、形成される接触角は90度より大きくなる。o （図b）。付着力と凝集力は理論的には計算が難しいが、接触角は測定できる。毛細管現象との関係は？
毛細管現象の概念
液体の凝集力が付着力よりも大きい場合、液面は上向きに湾曲します。容器よりも直径の小さい細い管（チューブ）を挿入すると、液面が高くなる部分が形成されます。つまり、容器内の液体は管の柱状部分を通って上昇します。これは、管壁に沿った表面張力の総和が上向きに働くためです。液体が到達できる最大高さは、表面張力が管内の液体の重量と等しいか、または等しい場合です。したがって、液体は表面張力が管内の液体の重量と釣り合う高さまでしか上昇できません。
逆に、付着力が液体の凝集力よりも大きい場合、液体の表面は下向きに湾曲します。容器よりも直径の小さい細い管やパイプを挿入すると、液体の下部が形成されます（下の図を参照）。
この現象は毛細管現象、または毛細管運動として知られており、これらの細い管は毛細管と呼ばれます。私たちの最も細い血管も毛細管と呼べることに注目すべきです。なぜなら、これらの細い血管内の血液循環も毛細管現象によるものだからです。同様に、溶けた蝋や灯油が芯を通って上昇する現象も明らかです。さらに、毛細管現象は、根から葉まで細い木部管を通って水と栄養分を移動させる上で重要な役割を果たしていると考えられています。毛細管現象がなければ、雨や灌漑の後すぐに土壌表面は乾燥してしまうでしょう。毛細管現象のもう1つの重要な効果は、土壌粒子間の隙間に水を保持することです。
毛細管現象の式
毛細管柱を上昇する水の高さはどのようにして測定できるのでしょうか？液体は柱の中で上昇しているように見えます。 
半径rの毛細管を高さhまで伸ばした場合、液体を高さhに保持する上で重要な役割を果たす力は、表面張力の垂直方向成分であるF cos θである。
毛細管の上部は開いているため、液面には大気圧が作用する。液面と管の接触面の長さは 2 φ r (円周) である。したがって、接触面に沿って作用する表面張力の垂直成分の大きさは次のようになる。
液面の曲線が上向きであることを無視した場合、管内の液体の体積は次のようになります。
液体の体積 = パイプの表面積 × 液面の高さ
V = A h
V = (π r2） NS
表面張力の垂直成分が毛細管内の液柱の重さと釣り合っている場合、液はそれ以上上昇できません。言い換えれば、液は高さhで表面張力の垂直成分が液柱の重さと釣り合ったときに最大高さに達します。表面張力の垂直成分は次のとおりです。
F = γ 2 π r cos θ
一方、毛細管内の液体の重量は次のとおりである。
w = mg
w = ρ V g
w = ρ ( π r2 h) g
液体が最大高さ（h）に達したとき、表面張力の垂直成分は毛細管内の液体の重量と等しくなければならない。数式で表すと次のようになる。
これが私たちが求めている方程式です。液柱の高さを求めるには、この方程式を使用してください。
