水分子中原子的电荷分布图
正因为存在这样的电性质,水分子会通过氢键与它附近的水分子相互吸引,它与相邻分子形成多达四个氢键,使得水具备比较强的粘性。这意味着水存在比较强的表面张力。
水分子之间通过氢键连接的3D模型
受到表面张力的影响,水会趋向于将其表面积收到最小,我们知道在同样体积下球体的表面积最小,所以水滴会趋向于球体的形状。如果有物体压迫一个平的水面,使水的表面积增大,那么表面张力因为趋向于减小这个表面积,它会向相反的方向提供一个推力。
水滴会趋向于球形
这是一个输液管中水滴下落的视频片段,我们可以看到当上方的液滴落下时,它会受下方水面表面张力的影响凝聚成一个圆圆的小水珠,直到它们之间水分子氢键被打乱,形成新的氢键,水珠消失。
水在25°C时的表面张力达到71.99 mN / m,这使得水的表面有能力托起密度很大的物体,比如回形针、钢针甚至硬币。
漂浮在水面钢针的横截面受力图
当我们将钢针放在放在水面时,它的重量Fw将水面下压,如果水的表面张力Fs与向下的力Fw保持平衡,钢针就可以漂浮在水面上。此时钢针的重力Fw与表面张力Fs的关系可以表示为: