Takuya Kawanishi

Appendices

Appendix. A Young-Laplace 方程式の導出

局所的な力の釣り合いから

  • 球冠(spherical cap, spherical dome)状の界面にかかる力

  • 界面張力は, 表面のある点に, 全ての方向にかかっている.

  • 球冠の扇形の断面を考える.

  • この面内で界面張力は, 接線方向に働く.

  • この扇形の断面がその外部から引っ張られる力は, 球冠の周の長さあたり, \(\gamma\) となる(長さ当りの力】.

  • 鉛直方向成分は, \(\gamma \sin \alpha\)

  • これが, \(2 \pi d\) の長さに対してかかるので

\[2 \pi d \gamma \sin \alpha\]
  • \(\alpha\) が小さいとき

\[\sin \alpha = \frac{d}{R}\]
  • 一方で, 球冠の凹側と凸側の圧力差 \(\Delta P\) より, 鉛直方向の力は

\[\Delta P \pi d^2\]
\[(2 \pi d) \gamma \frac{d}{R} = \Delta P \pi d^2\]
\[\frac{2 \gamma}{R} = \Delta P\]

young laplace

微小面における表面張力と圧力の釣り合い