Глядя на круглые капли росы или медленно капающую из неплотно закрытого крана воду, мы наблюдаем проявления поверхностного натяжения. Благодаря этому свойству, капли образуются шаровидные, а не бесформенные или, например, кубические. Как именно это происходит?
Своим существованием поверхностное натяжение обязано наличию взаимодействий между молекулами воды – связям, которые, собственно, делают воду жидкостью. Внутри капли каждая отдельно взятая молекула взаимодействует со своими «соседями», притягиваясь к ним. Поскольку она ими окружена, силы притяжения со всех сторон сбалансированы.
Иначе обстоят дела с молекулами, которым пришлось оказаться на поверхности. Они лишены тесного соседства с молекулами воды снаружи. Вместо этого они контактируют с молекулами воздуха, связи с которыми настолько незначительны, что ими можно пренебречь. В итоге уравновесить силы притяжения «соседей», находящихся внутри, нечем. Это заставляет молекулы стремиться с поверхности вглубь капли. Как результат, возникают силы поверхностного натяжения. Из-за достаточно прочных межмолекулярных водородных связей у воды они значительнее, чем у большинства жидкостей при нормальной температуре.
Под действием упомянутых сил наружный слой из молекул воды ведет себя подобно эластичной стягивающей пленке. То есть капля должна максимально сократить поверхность, сохранив объем. Среди всевозможных форм одинакового объема вариант с наименьшей площадью поверхности – шар. Капли именно такой формы образуются, если отсутствует влияние внешних сил (например, в невесомости).
Однако в повседневной жизни сил, препятствующих формированию идеального водного шара, трудно избежать. Земное тяготение, взаимодействия с поверхностями, соприкасающимися с каплей, могут ее деформировать, сделать более плоской.
В целом молекулы воды стремятся находиться в окружении себе подобных (внутри капли). А наименьшим числом молекул, граничащих с внешней средой (минимальной площадью поверхности), обладает капля, приобретшая форму, максимально напоминающую шар.