Videli ste už niekedy sviečku? Dúfame, že ju použijete. Jeden zaujímavý jav, ktorý môžeme pozorovať, keď sviečka horí. Spodná časť horiaceho knôtu sviečky je zvyčajne vždy mokrá od roztaveného vosku (na knôte). Prítomnosť roztaveného vosku na knôte znamená, že sviečka môže horieť dlho. Čo spôsobuje, že sa roztavený vosk pohybuje nahor k horiacemu knôtu sviečky? Rovnaký jav môžeme pozorovať aj pri pochodniach.
Mnoho zaujímavých vecí v našich životoch je podobných javom, ktoré sa vyskytujú vo sviečkach a olejových lampách. Je to, akoby kvapalina mala nohy, ktoré jej umožňujú pohybovať sa nahor. Viete to vedecky vysvetliť? Jedným fyzikálnym konceptom, ktorý dokáže vysvetliť javy vyskytujúce sa vo sviečkach, olejových lampách a mnohých ďalších súvisiacich javoch, je kapilarita.
Kohézne a adhézne sily
Kohézia je príťažlivá sila medzi molekulami tej istej látky, zatiaľ čo príťažlivá sila medzi molekulami rôznych látok sa nazýva adhézia. Napríklad, ak nalejeme vodu do pohára, kohézia nastáva, keď sa molekuly vody navzájom priťahujú, zatiaľ čo adhézia nastáva, keď sa molekuly vody a molekuly skla navzájom priťahujú.
Kontaktný uhol
Predtým, ako sa ponoríme do konceptu kapiláry, musíme najprv pochopiť, ako adhézne a kohézne sily ovplyvňujú kapiláru. Predstavte si napríklad kvapalinu v skle. Keď sú kohézne sily molekúl kvapaliny silnejšie ako adhézne sily (príťažlivé sily medzi molekulami kvapaliny a molekulami skla), povrch kvapaliny sa zakriví smerom nahor. Príkladom je voda v pohári. Bežne sa hovorí, že voda zmáča povrch skla. Naopak, ak sú adhézne sily silnejšie, povrch kvapaliny sa zakriví smerom nadol. Napríklad, keď je v pohári ortuť.
Uhol, ktorý zviera krivka, sa nazýva kontaktný uhol. Keď je kohézna sila kvapaliny väčšia ako adhézna sila, vytvorený kontaktný uhol je vo všeobecnosti menší ako 90°.o (obrázok a). Naopak, ak je adhézna sila väčšia ako kohézna sila kvapaliny, potom je vytvorený kontaktný uhol väčší ako 90o (obrázok b). Adhézne a kohézne sily je teoreticky ťažké vypočítať, ale kontaktný uhol sa dá zmerať. Aký je vzťah ku kapilárnosti?
Koncept kapilárnosti
Ak je kohézna sila kvapaliny väčšia ako adhézna sila, povrch kvapaliny sa zakriví smerom nahor. Keď vložíme tenkú trubicu alebo potrubie (rúru s menším priemerom ako nádoba), vytvorí sa vyššia časť kvapaliny. Inými slovami, kvapalina v nádobe stúpa cez stĺpec trubice. Je to preto, že celková sila povrchového napätia pozdĺž steny trubice pôsobí smerom nahor. Maximálna výška, ktorú môže kvapalina dosiahnuť, je vtedy, keď je sila povrchového napätia rovná alebo sa rovná hmotnosti kvapaliny v potrubí. Preto môže kvapalina stúpnuť iba do výšky, kde je sila povrchového napätia vyvážená hmotnosťou kvapaliny v potrubí.
Naopak, ak je adhézna sila väčšia ako kohézna sila kvapaliny, povrch kvapaliny sa zakriví smerom nadol. Keď vložíme tenkú trubicu alebo potrubie (potrubie s menším priemerom ako nádoba), vytvorí sa spodná časť kvapaliny (pozri obrázok nižšie).
Tento efekt je známy ako kapilárny pohyb alebo kapilarita a tieto tenké trubice sa nazývajú kapiláry. Stojí za zmienku, že aj naše najmenšie cievy sa môžu nazývať kapiláry, pretože krvný obeh v týchto drobných cievach je tiež spôsobený kapilárnym efektom. Podobne je zrejmý aj jav topiaceho sa vosku alebo petroleja stúpajúceho cez knôt. Okrem toho sa predpokladá, že kapilarita zohráva dôležitú úlohu pri pohybe vody a živín z koreňov do listov cez drobné cievy xylému. Bez kapiláry by povrch pôdy po daždi alebo zavlažovaní okamžite vyschol. Ďalším dôležitým účinkom kapiláry je zadržiavanie vody v medzerách medzi časticami pôdy.
Rovnica kapilárnosti
Ako môžeme určiť výšku stúpania vody cez kapilárnu trubicu? Zdá sa, že kvapalina v stĺpci stúpa. 
kapilárna trubica s polomerom r vo výške h. Sila, ktorá zohráva úlohu pri udržiavaní kvapaliny vo výške h, je zložkou sily povrchového napätia vo vertikálnom smere: F cos theta.
Horná časť kapiláry je otvorená, takže na povrch kvapaliny pôsobí atmosférický tlak. Dĺžka kontaktnej plochy medzi kvapalinou a trubicou je 2 phi r (obvod kružnice). Preto je veľkosť vertikálnej zložky sily povrchového napätia pôsobiacej pozdĺž kontaktnej plochy:
Ak zanedbáme stúpajúcu krivku hladiny kvapaliny, potom je objem kvapaliny v potrubí:
Objem kvapaliny = Plocha povrchu potrubia x Výška kvapaliny
V = Ah
V = (πr² ) h
Ak je vertikálna zložka sily povrchového napätia v rovnováhe s hmotnosťou stĺpca kvapaliny v kapilárnej trubici, kvapalina nemôže ďalej stúpať. Inými slovami, kvapalina dosiahne svoju maximálnu výšku, keď je vertikálna zložka sily povrchového napätia v rovnováhe s hmotnosťou kvapaliny vo výške h. Vertikálna zložka sily povrchového napätia je:
F = γ²πr cos θ
Medzitým je hmotnosť kvapaliny v kapilárnej trubici:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ(πr²h ) g
Keď kvapalina dosiahne svoju maximálnu výšku (h), vertikálna zložka sily povrchového napätia sa musí rovnať hmotnosti kvapaliny v kapilárnej trubici. Matematicky sa to píše:
Toto je rovnica, ktorú hľadáme. Ak chcete určiť výšku stĺpca kvapaliny, použite túto rovnicu.
