水が重力に逆らって物体に「くっつく」現象について

質問

昨日、息子と風呂に入っているときに質問を受けました。
いわく、手のひらを水面につけて持ち上げたとき、水が手のひらにくっついてくるのはどうして？というものでした。
実生活のなかで、たとえば乾いた鉄に粉をかけてもくっつくことはないですよね。でも、鉄に水をかけると「濡れ」ますよね。同様に、手のひらが完全に乾いていれば（「完全に」という表現は相当粗いですがニュアンスとしてイメージしていただけると幸いです）、粉が入った容器に手のひらをつけても、静電気でわずかに粉がつく程度なのではないかと思うのです。が、粉を水にかえるとしっかり手のひらにつく。これ、相当不思議です。
息子には、「ビー玉がはいった容器に手をつけてもビー玉はついてこないよね。それより粒子が細かい粉の場合、少しついてくるよね。水は、たぶん粉より細かいから、よりたくさんついてくるんじゃない？あとは、表面張力とかの関係かなぁ、うぅん、わからん。」と、はなはだ消化不良な回答にて、ダメ父さんぶりを発揮してしまいました。ネットで検索しようにも、どう検索してよいかわからないので、ご存じの方がいらしたらお教えください。よろしくお願いします。

回答No.2

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

＞＞＞いわく、手のひらを水面につけて持ち上げたとき、水が手のひらにくっついてくるのはどうして？というものでした。

くっついてきて、その後すぐ、ほとんどが落ちる現象のことですよね。
それは分子間力です。
ちょっと難しいですが、分子間力というのは、電磁気力の一種です（万有引力は電磁気力ではなく重力なので違います）。
ただし、単純な静電気ではありません。
水がくっつく力が分子間力で、逆に水を下に落とそうとする力が万有引力です。

＞＞＞実生活のなかで、たとえば乾いた鉄に粉をかけてもくっつくことはないですよね。

人力だと無理かもしれませんが、相当力を入れると、くっつかないこともないです。

＞＞＞でも、鉄に水をかけると「濡れ」ますよね。

濡れ性のある表面であれば濡れます。
濡れ性がない表面でも、石鹸などの界面活性剤を塗れば、濡れるようになります。

＞＞＞同様に、手のひらが完全に乾いていれば（「完全に」という表現は相当粗いですがニュアンスとしてイメージしていただけると幸いです）、粉が入った容器に手のひらをつけても、静電気でわずかに粉がつく程度なのではないかと思うのです。が、粉を水にかえるとしっかり手のひらにつく。これ、相当不思議です。

粉は、間に隙間がたくさんあり、手のひらとの接触面積が少ないからです。
水は、手のひら表面の凹凸に入り込むので、接触面積が大きく、したがって濡れます。

＞＞＞「ビー玉がはいった容器に手をつけてもビー玉はついてこないよね。それより粒子が細かい粉の場合、少しついてくるよね。水は、たぶん粉より細かいから、よりたくさんついてくるんじゃない？あとは、表面張力とかの関係かなぁ、うぅん、わからん。」

ほぼ正解です。
もっと言えば、手のひらの皮膚と水との間のわずかな隙間が、ほぼ真空になるということがあるからです。
１０ｃｃの空気を１ｃｃ引き伸ばして１１ｃｃにすることは簡単ですが、０．１ｃｃの空気を１ｃｃ引き伸ばして１０．１ｃｃにすることは難しいです。
ですから、手のひらが水をくっつけているように見えるのです。
この点では、紙の上に平らな板を置いて、その板を上に持ち上げると紙がくっついてくる現象と同じです。

そして、「手のひらと水」だけでなく「水と水」も考えなくてはいけません。
「水と水」が引き付け合う力が存在するので、手のひらに直接ついた水が、仲間の水を連れ立って引っ付きます。
もしも「水と水」が引き付け合う力が存在しなければ、手のひらにくっついてくる水の量は、ほんの僅かとなります。
「水と水」もまた分子間力であり、「隙間が真空」でもあるわけです。

お礼

わかりやすい解説、ありがとうございました。

>粉は、間に隙間がたくさんあり、手のひらとの接触面積が少ないからです。
>水は、手のひら表面の凹凸に入り込むので、接触面積が大きく、したがって濡れます。
⇒これなら、小学4年生の息子にもイメージできると思います。

>もっと言えば、手のひらの皮膚と水との間のわずかな隙間が、ほぼ真空になるということ
>があるからです。
中略
>この点では、紙の上に平らな板を置いて、その板を上に持ち上げると紙がくっついてくる
>現象と同じです。
⇒なるほど。「真空の場合紙と板でもほぼ同様の原理でくっつく」という実験も可能とい
うわけですね。

>そして、「手のひらと水」だけでなく「水と水」も考えなくてはいけません。
>「水と水」が引き付け合う力が存在するので、手のひらに直接ついた水が、仲間の
>水を連れ立って引っ付きます。
>もしも「水と水」が引き付け合う力が存在しなければ、手のひらにくっついてくる
>水の量は、ほんの僅かとなります。
>「水と水」もまた分子間力であり、「隙間が真空」でもあるわけです。
⇒まさに目からうろこが落ちたような思いです。確かに、引力に引かれて落ちようと
している雫などをみると、明らかに「手についている」というのではなくて「水と
水の分子が引き合っている」いるからこそできる造形ですよね。

ありがとうございました。大変助かりました。

回答No.1

debukuro

＞たぶん粉より細かいから
おおむね正解ですね
詳しく説明すると分子間引力です
質量があるすべての物体は万有引力の法則によって引き合っています
その力は質点間の距離の２乗に反比例します
距離が１０分の１になると引力は１００倍になるのです
水分子は粉に比べると非常に小さいので手の皮膚などにぴったりと付きます
そうすると水分子と皮膚の間に働く引力も大変強くなるのです
小麦粉をしっかりと握りしめるとボールのようになり、土が硬い固まりになり堆積岩という硬い石になるのも分子間引力です

お礼

早速のご回答、本当にありがとうございます。
分子間引力という力が働くのですね。文系の私には想像だにできない
解答でした。
堆積岩の説明も、例として大変わかりやすいものでした。
たすかりました！