表面張力を理解する
表面張力は、液体の表面が硬くなり、薄い膜のような外観になる傾向があるために発生します。これは、水分子間の凝集力によって影響を受けます。この説明をよりよく理解するために、次の図を考えてみましょう。容器に入った液体を考えてみましょう。
液体分子は通常、互いに引き合います。液体内部では、各液体分子は両側を他の分子に囲まれていますが、液体の表面では、側面と下側にのみ液体分子が存在します。上側には他の液体分子は存在しません。液体分子は互いに引き合うため、液体内部の分子には正味の力が働きません。逆に、表面の液体分子は側面と下側の液体分子に引きつけられます。その結果、液体の表面には下向きの正味の力が働きます。この下向きの正味の力のため、表面の液体は表面積をできるだけ小さくしようとして、縮もうとします。
これにより、表面の液体の層が、薄い弾性膜で覆われているように見える。
クリップを水面に注意深く置くと、水面にある水分子は、 重力 クリップの下に位置する水分子が、クリップを支える上向きの復元力を提供する（もう一度思い出してください） 弾性とフックの法則).
実際には、クリップ以外にも使えるものがあります。針など、他の物でも代用できます。針を水面にそっと置けば浮きます。昆虫が水に浮くのも、同じ原理です。
表面張力方程式
表面張力の式を導出するために、U字型に曲げられたワイヤーを考えます。U字型のワイヤーの2本の脚には、もう1本のまっすぐなワイヤーが取り付けられており、このまっすぐなワイヤーは動かすことができます。
このワイヤーを石鹸水に入れると、取り出した後、ワイヤーの表面に石鹸水の層が形成されます。これは、シャボン玉で遊ぶときと似ています。まっすぐなワイヤーは動かすことができ、質量もそれほど大きくないため、石鹸水の層はワイヤーに表面張力をかけ、ワイヤーは上向きに動きます（矢印の方向に注目してください）。ワイヤーが動かないように（ワイヤーが平衡状態になるように）、下向きの力が必要であり、その力の大きさは F = w + T です。平衡状態では、F は石鹸水の層がワイヤーに及ぼす力に等しくなります。
直線状のワイヤーの長さを l とします。直線状のワイヤーに接する石鹸水の層には 2 つの面があるため、石鹸水の層によって発生する力は 2l の長さに沿って作用します。石鹸水層の表面張力は、力 (F) と力が作用する面の長さ (d) の比です。この場合、面の長さは 2l です。数式で表すと次のようになります。
表面張力は力と単位長さの比であるため、単位はニュートン毎メートル（N/m）またはダイン毎センチメートル（dyn/cm）となる。
以下は、実験に基づいて得られた表面張力の値の一部です。
上記のデータに基づくと、温度は流体の表面張力に影響を与えることがわかります。一般的に、温度が上昇すると表面張力は低下します。これは、温度が上昇すると液体分子の動きが速くなり、分子間の相互作用が減少するためです。結果として、表面張力も低下します。
日常生活での応用
なぜ石鹸で洗濯するのか疑問に思ったことはありませんか？問題は、衣類を本当にきれいにするには、水が繊維の非常に狭い隙間を通過する必要があることです。そのためには、水の表面積を増やす必要があります。表面張力のため、これは非常に困難です。好むと好まざるとにかかわらず、まず水の表面張力を下げなければなりません。お湯を使うことで表面張力を下げられます。水温が高いほど表面張力が低くなるため、水温が高いほど効果的です（表を参照）。これは最初の選択肢ですが、お湯で遊ぶのが好きな人以外はほとんど使われません。もう1つの選択肢は石鹸を使うことです。
温度が20の場合 oC、石鹸水の表面張力値は25,00 mN/mです。石鹸水と熱湯を比較してみてください。どちらが小さい値でしょうか？100 oC、温水の表面張力値は58,90です。20℃では oC、石鹸水の表面張力は25,00 mN/mです。石鹸を使う方が有利です…水も熱くありません。石鹸で衣服や体をどれだけきれいに洗えるかには、他にも要因があります。したがって、上記は要因の一つにすぎません。
石鹸や水の泡が丸いのはなぜですか？
石鹸の泡、つまり水滴は、表面張力によって球形になります。まず、石鹸の泡について説明しましょう。石鹸の泡の表面には2枚の薄い膜があり、その間に薄い水の層があります。
表面張力によって膜は収縮し、表面積を小さくしようとします。石鹸水膜が収縮して表面積を小さくしようとすると、膜の外側（大気圧）と内側の間に気圧差が生じます。膜の内側の気圧は外側の気圧よりも低いため、膜の外側の気圧（大気圧）は収縮する石鹸水膜を押します。
膜が収縮すると、内部の空気（2枚の膜の間に閉じ込められた空気）も圧縮され、収縮が止まるまで膜内部の気圧が上昇します。つまり、収縮が止まった時点では、膜間の気圧は、大気圧と膜を収縮させる表面張力の合計に等しくなります。
では、露や蛇口から出る水滴はどうでしょうか？ 基本的には同じで、主な原因は表面張力です。石鹸の泡は2つの表面に2枚の薄い膜がありますが、水滴には外側に1枚の薄い膜しかありません。内部は水で満たされています。水滴の外側は内側に引っ張られます。その結果、水は収縮し、表面積を小さくしようとします。外部の大気圧も水滴の圧縮を助けます。収縮は、水の内部の圧力が大気圧と水膜を収縮させる力の合計と等しくなったときに止まります。
