为什么界面张力方向与界面相切?界面张力的原因不是由于界面上的分子受到液体内分子向下的力吗?既然如此,那么为什么宏观表现出来这个力的方向却改变了?书上说由于界面相的分子受到液

Question

为什么界面张力方向与界面相切?界面张力的原因不是由于界面上的分子受到液体内分子向下的力吗?
既然如此,那么为什么宏观表现出来这个力的方向却改变了?
书上说由于界面相的分子受到液相中分子的力大于气相中的力，那么可以知道界面相中的分子受到的合力是向下（液相）的，在宏观上就表现为液体珠保持最小表面积。请注意，这里的逻辑推理是通过“宏观上”三个字实现的。我就想知道其物理原理。

Answer 1

“液体表面张力方向与液面相切”这个“液面”,指的就是液体与空气接触的那个面,通常我们叫液体表面.如果是水,那就是指水面.如果是水银那就是指水银表面.如果液体是盛在容器里,那这个面就在上面,如果是某个平面上的一滴液体,那这个面就是除了底面以外剩下的那些露在空气中的部分,当然如果悬空,那它的所有表面就都是所指的液体表面了.
“表面张力的方向和液面相切,并和两部分的分界线垂直”这个“两部分”、“分界线”又是什么意思啊?.那先要理解表面张力.
关于表面张力：
液体表面是有收缩趋势的.一滴水银滴在玻璃上；一滴滴在表面有油漆的纸或布上的水,再比如草叶上、荷叶上的水珠,他们都是扁球形对吧?如果这一点你认可就好办了.他们之所以呈这种扁球形地聚拢在一起而没有平摊开,就是因为他们的表面有一个膜,好比一个气球包着他们一样,这完全可以理解,不包着,就散开,没散开就包着喽,对吧?
这个液体表面,我们暂且管他叫液体表面膜,比如露珠,它的表面膜,也是水,它包着内部的水.表面的水和内部的水分子间的情形不一样了,不一样的原因是它与空气接触,有分子扩散到空气中,使它的分子密度变小,这样分子间距离就变大,分子间的力就呈引力,就跟气球被吹鼓后气球的膜分子间的情形相似.
吹鼓的气球有收缩趋势对吧?气往外推气球,气球往里压气体,就有收缩趋势嘛!
在液体表面的这个曲面上用刀切一下,就是划一条线.能想象出来吧?这一条线,就把液面分成了两个部分,好比在蒸好的发糕表面切一刀一样,发糕就成了两部分了.这样你说的“分界线”和“两部分”就出来了,对吧?
液体的这两部分之间,就有互相拉伸的力,对吧?都往自己那面拉.正是这个力,使液体表面收缩嘛!
在你划的那条线上任意找一点,那这两个部分在此点的作用情形是什么?也是互相拉嘛!就跟拉绳子的时候,绳子上的一点处,两部分的绳子相互拉,一样.
在液面上的这条线上的这个点处,两面各自往自己的方向拉,这个拉力的方向,就是面在这一点的切线方向,就跟你刚才划的那条线垂直.那两部分中,一部分拉另一部分的力,就叫张力,当然另一部分也在拉这一部分,也是张力,和上面说的那个是作用力与反作用力.因为是液体表面两部分的相互作用力,就叫液体表面张力.这个张力的方向与分界线垂直——任一点都垂直,与液体表面相切——在任一点都相切.