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水が空気中で球体になる理由

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  • 質問No.161002
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どんな液体も気体中では球になろうとするという話を聞きました。
そのほうがエネルギーが低くて安定であるためということだったのですが、これは、どんな液体と気体の組み合わせでもいえるのですか?
そして水が空気中で球になるのは気体との相性が悪い-撥水性の板の上に水滴がつくと丸くなるのと同じような感じなのでしょうか。それとも別な理由からなのでしょうか。
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質問者が選んだベストアンサー

  • 回答No.3
レベル10

ベストアンサー率 44% (89/202)

>そして水が空気中で球になるのは気体との相性が悪い-撥水性の板の上に水滴がつくと丸くなるのと同じような感じなのでしょうか。それとも別な理由からなのでしょうか。
かなり悩みましたがやっとsi-kiさんの疑問点が理解できました。
要するに「気相-液相間の相性が悪い」=「球形になる」か否か?という疑問点ですね?
相が2つ存在する場合、その界面には「界面張力」と呼ばれる力が生じます。(気-液間の界面張力を特に「表面張力」と呼んでいます。)
分散質及び分散媒(=質問中での水滴のように孤立して存在する相とその周りの相)に流動性が有る場合、その他の力(重力等)が働かない場合は、他の回答者の仰る様に必ず表面積が最小となる球形になります。これは二つの相の間の相性には関係無く、水蒸気中の水滴でもそうなります。「界面張力が関与している」と言う点においては答えは「Yes」ですが、「相性が悪い為か」と言う問いに関しては「No」です。

では「なぜ撥水性の表面にある水滴は丸くなるのか?」に移りますと。
この場合第3の相(ここでは撥水性の固体表面)が関与していることに注目してください。つまり
1.水-空気間の界面張力
2.水-固体間の界面張力
3.空気-固体間の界面張力
の3つの力の兼ね合いになります。
撥水性表面の場合は、「空気-固体間の界面張力」<「水-固体間の界面張力」となっていますので、固体表面は水と接しているよりも空気と接していた方が安定なため、水をはじいて空気との接触面積を増やそうとしているのです。はじかれた水滴が丸くなるのは前述した通りです。
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  • 回答No.1
レベル11

ベストアンサー率 29% (141/483)

表面張力で引っ張り合いして、 球になると聞きました。 シャボン玉や、水銀と同じです。 ただ、落下中の雨は、落下時の風圧で、 球形が崩れるそうです。 無重力状態の宇宙飛行士がよく、 液体を飛ばして食べている?のをみかけますね^^
表面張力で引っ張り合いして、
球になると聞きました。
シャボン玉や、水銀と同じです。
ただ、落下中の雨は、落下時の風圧で、
球形が崩れるそうです。

無重力状態の宇宙飛行士がよく、
液体を飛ばして食べている?のをみかけますね^^

  • 回答No.2
レベル14

ベストアンサー率 15% (594/3954)

表面張力は、表面積を小さくしようとする方向に働きますので、いちばん表面積が小さい、球形になります。 ハスの葉の上の水滴が丸くなるのも同じですね。重力でつぶれるけど。 気体中の液体でなくても、水と油みたいな液体同士も、球になってます。 さらに、液体中の気体(つまり、泡ですね)も、球形です。
表面張力は、表面積を小さくしようとする方向に働きますので、いちばん表面積が小さい、球形になります。

ハスの葉の上の水滴が丸くなるのも同じですね。重力でつぶれるけど。

気体中の液体でなくても、水と油みたいな液体同士も、球になってます。
さらに、液体中の気体(つまり、泡ですね)も、球形です。
  • 回答No.4
レベル11

ベストアンサー率 64% (150/231)

液体が球になろうとする性質は表面張力(界面張力)から説明されることは 前の回答者の方と同じです。表面張力とは液体表面において1cmの幅に働く張力のことで、球になっている液体を広げようとするとその力以上の力を 加えなければなりません。表面張力に逆らって、力を加え1cm2だけ面積を増やすと考えると(1cmにかかる力×移動距離(1cm))エネルギーの単位となり、これを表面自由エネルギーといいます。(表面エネ ...続きを読む
液体が球になろうとする性質は表面張力(界面張力)から説明されることは
前の回答者の方と同じです。表面張力とは液体表面において1cmの幅に働く張力のことで、球になっている液体を広げようとするとその力以上の力を
加えなければなりません。表面張力に逆らって、力を加え1cm2だけ面積を増やすと考えると(1cmにかかる力×移動距離(1cm))エネルギーの単位となり、これを表面自由エネルギーといいます。(表面エネルギーと
表面自由エネルギーとは同一ではありません)
力(張力)と考えてもエネルギーと考えても同じ事だといわれています。
なぜ、液体には表面張力が働くのか?実は、液体だけでなく、固体にも
気体にも表面張力は存在します。(気体の場合は非常に小さいので、殆ど0と考えても良いかもしれません)
一般的に物質は分子から出来ています。(分子の集まりです。)
分子間には、分子間力という力が存在し、その為、液体や固体などの形を
形成しています。
物質の内部にある分子では、前後左右あらゆる方向から分子間力で引っ張られ、釣り合っていますが、表面にある分子だけは、下から引っ張れれても
上には分子がないので、引っ張られることはありません。
そこで、下に引っ張られるので、液体全体としては、丸まることになります。
上に引っ張る分子間力と下に引っ張る分子間力との差が表面張力だと考えればよいと思います。液体内部では分子間力が釣り合っていますので、表面張力(界面張力、表面自由エネルギー、界面自由エネルギー;同じ意味)は0となります。気体は、分子間力が小さいので、どの気体の中でも液体は球になると考えても良いと思いますよ。
撥水面で水をはじくと考えるよりも、水がまるまると考えた方がわかりやすいかもしれません。濡れるためには、水にとって大変なのです。
丸まりたいのに、気体に対して表面積を増やさなければならないし、固体に対してもそうです。
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