晨起葉片上的露珠會形成溫潤的半球體，而失重環(huán)境下的水滴則會形成一個(gè)完美的圓球，這是為什么呢？

聽起來這個(gè)問題好像十分簡單，半球體的露珠是因?yàn)橹亓Φ淖饔?，而完美的球形水滴則是因?yàn)闆]有重力的影響，的確如此，但問題是，為什么有重力作用就一定形成半球，而失重環(huán)境下就一定形成圓球呢？它們?yōu)槭裁床荒苄纬扇切?、正方形，又或者是梯形呢？如果說這些形狀過于詭異，那么橢球體呢？失重環(huán)境下的水滴為什么不能形成橢球體，而非得是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓球呢？這一切都源于四個(gè)字，那就是“表面張力”。在生活中我們經(jīng)常會聽到表面張力這個(gè)詞，但對于表面張力到底是什么，可能就不那么清楚了。

要弄清楚表面張力到底是什么，首先就得先弄清楚什么是表面。

物理學(xué)上所講的“表面”與我們生活中所說的“表面”是有一定區(qū)別的。自日常生活中，任何物體的面我們都稱之為“表面”，這與該物體是處于何種環(huán)境之中并無關(guān)系，但物理學(xué)上所講的表面就有所不同了，物理學(xué)上所說的表面指的是“凝聚相”與氣體或真空之間的分界面。在自然界之中處于凝聚態(tài)的物質(zhì)有很多，而我們最為熟悉的凝聚態(tài)就是通常所說的液態(tài)和固態(tài)，所以在這里我們也可以把凝聚相簡單地理解為固相和液相。以葉片上的露珠為例，它與空氣相接觸的面就是它的表面。

物理學(xué)上除了有“表面”的概念之外，還有“界面”的概念，所謂界面就是凝聚相與凝聚相之間的分界面。

可見，表面就是固體或液體與空氣或真空相接觸的面，而界面就是固體或液體與其它固體或液體相接觸的面。明確了表面與界面，接下來就該說說表面能與界面能了。物體的表面是具有能量的，為什么呢？讓我們想一想，在一個(gè)水滴的內(nèi)部，水分子是均勻分布的，每一個(gè)水分子都被其它水分子所包圍，但是在這個(gè)水滴的表面，情況就有所不同了，在水分子與空氣或真空接觸的地方，外面并沒有其它的水分子，也就是說在接觸面上幾乎沒有任何作用力。

表面之外沒有作用力，這使得表面的水分子變得更加活躍，于是就產(chǎn)生了能量，這股能量就被我們稱之為表面能。

表面能是從何而來的呢？是致使表面產(chǎn)生的力所賦予的。比如，我們要將一滴水分成兩滴水，就必須要給它一個(gè)力，比如彈它一下，彈完之后，水滴一分為二，表面積增加了，而我們彈的這股力就成為了新增表面的表面能。如果我們要將一根鐵棍一分為二，顯然要比將水一分為二花費(fèi)更大的力氣，所以鐵的表面能要遠(yuǎn)超水滴。表面有表面能，界面自然也有界面能，只不過對于界面而言，兩種物質(zhì)的差異越大，那么界面能也就越大。

弄懂了什么是表面能，接下來就要說說表面張力了。

現(xiàn)在先讓我們回到最開始的問題上來，為什么葉片上的露珠呈半球體，而失重環(huán)境下的水滴呈現(xiàn)出完美的球形？因?yàn)闊o論是半球體，還是球體，它們都是一種表面積最小的形狀，因?yàn)樵隗w積相同的情況下，球體的表面積是所有形狀中最小的。為什么要保證表面積最?。恳?yàn)樵谧匀唤缰?，所有的物質(zhì)都要遵循“最小能量原理”，所謂最小能量原理指的就是物質(zhì)必須要以最小能量的狀態(tài)存在。很顯然，表面能與表面積是正相關(guān)的，表面積越大，表面能就越大，所以要遵循最小能量原理就必須要使表面積保持最小形態(tài)，于是水滴就變成了個(gè)完美的球體。

水滴要變成一個(gè)完美的球體，而要想變成一個(gè)完美的球體就必須依靠一個(gè)作用在表面上的力，這個(gè)力就是“表面張力”。

力不會憑空產(chǎn)生，表面張力從何而來？當(dāng)然是從表面能而來，事實(shí)上，所謂的表面張力就是單位面積上的表面能，如果列成公式就是表面張力等于表面能除以面積?？梢姡砻鎻埩εc表面積的大小無關(guān)，也就是說無論大水滴，還是小水滴，它們的表面張力都是相同的，不同的只是表面能而已。弄明白了什么是表面張力，我們也就知道了困在水滴里的小螞蟻為什么爬不出來了，想要沖破水滴，就需要有比水滴表面張力更大的力氣，而小螞蟻的力氣顯然有些不夠。