洗ったお皿やプラスチックのふたに残った水滴を見てみてください。丸く盛り上がった水玉もあれば、薄く広がった水もあります。
同じ水なのに、どうして形が違うのでしょうか。
水滴が丸くまとまろうとするのは、水の表面を小さくする「表面張力（ひょうめんちょうりょく）」が働くからです。ただし、置く面や水の量によって、広がり方は変わります。
水滴の形に関わる三つのポイントを見てみましょう。
- 水には、表面をできるだけ小さくしようとする働きがある。
- 水が広がりやすい面と、広がりにくい面がある。
- 水滴が大きくなると、自分の重さで平たくなりやすい。
この三つを順番に見ていき、後半では家庭にある容器を使った観察方法も紹介します。自由研究にまとめたい人は、記録表も使ってみてください。
1．水は、表面を小さくするようにまとまる
同じ量の水でも、表面の広さは変わる
ここでいう「表面」は、水と空気が触れている境目のことです。その広さを「表面積（ひょうめんせき）」といいます。
一つの大きな水滴を、たくさんの小さな水滴に分ける様子を想像してみてください。水の量は全体で同じでも、細かく分けた水滴の一つひとつに表面ができます。その表面積を全部足すと、分ける前より大きくなります。
逆に、小さな水滴が集まって一つになると、表面積の合計は小さくなります。
水には、この表面積を小さくするように働く力があります。「表面張力（ひょうめんちょうりょく）」です。
同じ体積で表面積が最も小さい形は、球です。そのため、水滴は丸くまとまろうとします。ほかの物との接触や、重力、風などの影響が小さければ、球に近い形になります。
水の表面に、本物の膜があるの？
表面張力は、「水の表面に薄い膜があるような働き」と説明されることがあります。でも、水が別の素材の膜で包まれているわけではありません。
水は「分子（ぶんし）」という、とても小さな粒が集まってできています。水分子どうしには引き合う働きがあります。
水の内部では、水分子は周りをほかの水分子に囲まれています。一方、表面では片側が空気に接しています。水分子どうしで囲み合っている内部とは、周りの環境が違うのです。
この違いがあるため、水の表面を新しく増やすにはエネルギーが必要です。表面を増やしにくいという性質が、表面を縮めようとする力としても現れます。
まずは「水の表面には、小さくまとまろうとする働きがある」と押さえておきましょう。
2．水が広がるかどうかは、置く面でも変わる
水が丸くまとまろうとするなら、お皿の上でもいつも球になるのでしょうか。
ここで、水が触れる相手に注目します。
表面加工のない、十分にきれいなガラスでは、水は広がりやすくなります。一方、水になじみにくい一部のプラスチックやワックスを塗った面では、水玉になりやすくなります。
水そのものが同じでも、置く面によって形が変わるのです。
液体が物の表面に触れて広がることを「ぬれ」といいます。また、水がなじみやすい性質を「親水性（しんすいせい）」、なじみにくい性質を「疎水性（そすいせい）」と呼びます。
傘などで聞く「撥水性（はっすいせい）」も、水が広がりにくく、水玉になりやすい性質を指す言葉です。
表面を小さくしたいのに、なぜ広がる？
「丸くなりたいのに、広がるのはおかしくない？」と思うかもしれません。
水が皿の上で広がる様子を、少しゆっくり想像してみましょう。さっきまで空気に触れていた皿の表面を、水が次々と覆っていきます。
つまり、水の形が変わると同時に、皿が接する相手も「空気」から「水」へと切り替わっているのです。
水の分子は、水どうしだけでなく、皿の表面にある物質とも引き合います。その引き合い方は、表面によって違います。
水の形には、表面を小さくする働きだけでなく、この「皿と水が接すること」も関わります。水がなじみやすい面では、水は広がりやすくなります。水がなじみにくい面では、丸く盛り上がりやすくなります。
まずは「水だけでなく、置く面との組み合わせで形が決まる」と押さえましょう。詳しい理由は、このあと「もっと知りたい人へ」で説明します。
水滴を横から見ると、広がり方が分かる
水滴は、上から見ると丸い輪に見えることがあります。でも、横から見ると、高く盛り上がった水滴も、低く広がった水滴もあります。
広がり方を比べるときのものさしが「接触角（せっしょくかく）」です。
横から撮った水滴の写真や、描いた図を思い浮かべてください。水滴が皿に触れる端で、カーブに定規をそっと当てるように、直線を引きます。実物の水滴に定規を触れさせるのではなく、写真や図の上で考えます。
端でのカーブの向きを表すこの直線を「接線（せっせん）」といいます。皿の面と接線がつくる角度を、水がある側で測ったものが接触角です。
同じくらいの量の小さな水滴なら、次のように比べられます。
| 接触角 | 横から見た水滴 | 水の広がりやすさ |
|---|---|---|
| 小さい | 低く、横に広がる | 広がりやすい |
| 大きい | 丸く盛り上がる | 広がりにくい |
一般には90度を目安に、小さい側を親水性、大きい側を疎水性と呼びます。
表面の細かな凹凸（おうとつ）や、水滴の置き方によっても角度は変わるので、一回の観察だけで決めつけないようにしましょう。
同じガラスでも、油がついていたり表面に加工がしてあったりすると、広がり方は変わります。素材の名前だけで判断せず、水が実際に触れている表面の状態を見ることが大切です。
もっと知りたい人へ：三つの境目をエネルギーで考える
ここは、理由をもう少し深く知りたい人向けの説明です。基本をつかみたい人は、次の「3．大きな水滴」の節へ進んでも大丈夫です。
水が皿の上で広がるとき、変わるのは次の三つの境目です。
| 境目 | 水が広がると、どうなる？ |
|---|---|
| 水と空気 | 水滴の形とともに、触れ合う面積が変わる |
| 水と皿 | 触れ合う面積が増える |
| 皿と空気 | 触れ合う面積が、その分だけ減る |
「皿と空気の境目」が「皿と水の境目」に置き換わる、と考えると分かりやすくなります。
それぞれの境目には、面積に応じたエネルギーがあります。水と空気の表面を増やすにはエネルギーが必要です。一方、皿が空気の代わりに水に触れることで、エネルギーが下がる組み合わせもあります。
皿が水に触れることで減るエネルギーが、水と空気の表面を増やすために必要なエネルギーより大きければ、全体のエネルギーは下がります。その場合、水は広がったほうが安定します。水と空気の表面だけを見ていると、広がる理由を説明できないのはこのためです。
3．大きな水滴には、重さの影響も目立つ
次は、同じ面の上で、水の量が違う場合を考えましょう。
小さな水滴では、重力に比べて表面張力の働きが目立ち、丸みを保ちやすくなります。大きくなると、自分の重さの影響が強くなり、平たく広がりやすくなります。
水たまりが巨大な球にならず、地面に広がっていることを思い浮かべると分かりやすいですね。
だから、違う面のぬれやすさを比べるときは、水の量をできるだけそろえます。一滴の水と大きな水たまりでは、量の違いも形に影響してしまうからです。
なお、水滴に水を足したときは、重さだけでなく、水滴の端の動き方も関わります。次に、その端を見てみましょう。
応用：丸い水滴なら、すぐに滑り落ちる？
丸い水玉を見ると、面を少し傾けるだけでころころ動きそうに思えます。しかし、形が丸いことと、滑りやすいことは別です。
水滴が動くには、水と皿が触れている部分の縁（ふち）も一緒に移動する必要があります。この縁を「接触線（せっしょくせん）」といいます。
表面に小さな凹凸（でこぼこ）があったり、場所によって性質が違ったりすると、縁が引っかかったように止まることがあります。
水を足しても、すぐには横へ広がらないことがある
縁がその場に止まっていると、水を足しても、皿に触れている部分はすぐには広がりません。そのかわり、水滴の高さや接触角が変わります。さらに水を足すと、縁が動き始めて、横へ広がることがあります。
水を足したときは、「形が変わった」だけでなく、「縁も動いたか」を見ると、違いが分かります。
傾けたときも、縁が水滴をとどめる
面を少し傾けても、縁が止まっていれば、水滴は形を変えるだけで滑らないことがあります。さらに傾け、斜面に沿って引く重力が水滴をとどめる力を上回ると、滑り出します。
実際に、水になじみやすいのに、水滴が滑り落ちやすい表面も研究で作られています。水切れを比べるなら、丸さだけでなく、傾けたときの動きも見てみましょう。
やってみよう：同じ量の水を、違う面に置く
家庭にある容器を使って、水滴の形を比べてみましょう。大切なのは、比べたい条件（置く面）以外を、できるだけそろえることです。
用意するものは、水、スポイト、平らなガラス皿、プラスチックのふた、下に敷くトレーです。おうちの人に使ってよい物を確認しましょう。ガラスのひびや欠けに注意し、電気製品から離れた場所で行います。
- 皿とふたを通常の方法で洗い、洗剤をよくすすいで乾かします。
- トレーの中の水平な場所に置き、同じスポイトから一滴ずつ、静かに水を置きます。
- 真横から、水滴の高さと広がりを見比べます。絵や写真で記録しましょう。
- 一つの水滴に少しずつ水を足し、縁が止まっているか、広がっているかを観察します。
- 次は、それぞれの容器の別の乾いた場所へ、同じくらいの量の水を新しく置きます。ゆっくり傾け、傾ける速さや角度の増やし方をできるだけそろえて、動き始める様子を比べます。
水を足した大きな水滴と、一滴の小さな水滴をそのまま比べると、量の違いが混ざってしまいます。滑りやすさを比べる手順5で、水滴を置き直すのはそのためです。
記録するときは、「置いた面」「水の量の目安」「横から見た形」「傾けたときの動き」を分けて書きます。一滴の量を完全にそろえるのは難しいので、場所を変えて何度か試してみてください。
ガラスとプラスチックに、予想ほど差が出ないこともあります。表面加工や残った油分なども関わるので、結果が予想と違ったときも、そのまま記録しましょう。
この観察のために表面を削ったり、薬品で加工したりする必要はありません。また、紙や布では水が中へしみ込む変化も加わります。まずは、水を吸い込みにくい面で比べましょう。
自由研究にするなら、予想と結果を分けて書こう
観察する前に、「どちらの面で水滴が丸くなりそうか」と、その理由を書いておきます。観察したあとは、予想に合わせて結果を書き換えず、目に見えた事実をそのまま残しましょう。
次の表は、これから自分の観察結果を書き込むためのものです。
| 観察の種類・何回目 | 置いた面 | 水の量の目安 | 形・動きの記録 |
|---|---|---|---|
| ガラス皿 | |||
| プラスチックのふた |
「観察の種類」には、「形」「水を足す」「傾ける」のどれを調べたかを書きます。たとえば、形を初めて調べる行には「形・1回目」と書きます。それぞれを別の行にし、何回目かも記録しましょう。同じ面を繰り返し調べたら、行を足してください。
レポートは、次の順にすると読みやすくなります。
- 目的：何を比べたいのか。
- 予想：どうなると思うか。その理由は何か。
- 方法：使った物と手順。そろえた条件は何か。
- 結果：実際に見えた形や動き。写真やスケッチも添える。
- 考察：結果から何が言えそうか。まだ分からないことは何か。
家庭のガラス皿とプラスチックのふたでは、材質だけでなく、表面加工や凹凸も違います。この観察で分かるのは、まず「使った二つの表面では、こう違った」ということです。一度の結果を、すべてのガラスやプラスチックに当てはめないようにしましょう。
写真を撮る場合は、カメラをトレーの外のぬれない場所に置いてください。
よくある疑問
洗った容器に水玉が残るのは、まだ汚れているから？
水玉だけで、洗い残しとは決められません。
油分がつくと水をはじきやすくなることはあります。でも、水になじみにくいプラスチックやコーティング面なら、きれいでも水玉になります。
逆に、水が広がっただけで、汚れや洗剤がすべて落ちたことまでは分かりません。水玉の有無だけを頼りにせず、容器の表示に沿って洗い、十分にすすいでください。
洗剤を入れると、水が広がりやすくなるのはなぜ？
洗剤に含まれる「界面活性剤（かいめんかっせいざい）」が、水と空気、水と物の表面などの境目の性質を変えるからです。水の表面張力を下げる働きもあり、水だけではぬれにくい面に広がりやすくなります。
油を洗い流す仕組みは、洗剤を使うと、なぜ油汚れが落ちるの？【中学生でも簡単にわかる】で紹介しています。
冷たいコップの外側につく水滴も、同じ仕組み？
二つの疑問に分けると整理できます。
- 水はどこから来た？：空気中の水蒸気が冷やされ、液体になる「結露（けつろ）」で現れます。
- その水は、なぜ丸くなったり広がったりする？：今回説明した表面張力や、表面のぬれやすさなどが関わります。
水滴ができる条件は、冷たいコップに水滴がつくのはなぜ？結露と真空断熱の水筒の仕組み【中学生でも簡単にわかる】で詳しく説明しています。
確認問題：友だちに説明できるかな？
答えを見る前に、自分の言葉で考えてみてください。
- 水滴が丸くまとまろうとするのは、水のどんな働きによるものでしょうか。
- 水滴が丸くなるか広がるかを考えるとき、水そのものの性質のほかに、何に注目すればよいでしょうか。
- ガラス皿とプラスチックのふたで水滴の形を比べるとき、水の量をそろえるのはなぜでしょうか。
- 丸い水滴なら、少し傾けるだけで必ず滑るでしょうか。
答えと考え方を見る
- 表面張力です。水の表面積を小さくするように働きます。同じ体積で表面積が最も小さい形は球です。
- 水を置く面です。水の広がりやすさは、水とその表面の組み合わせで変わります。水が広がると、皿に触れる相手も空気から水へ変わります。
- 水滴の大きさによって、重力が形に与える影響も変わるからです。置く面の違いを見たいので、水の量をできるだけそろえます。
- 必ず滑るとは限りません。水滴の縁が表面に引っかかったように止まると、形が丸くても動きにくくなります。
まとめ：形を見るときは、量と置く面も確かめよう
水滴の丸さには表面張力、広がり方には置く面のぬれやすさが関わります。大きな水滴では、重さの影響も目立ちます。さらに、滑りやすさには、水滴の縁が動きやすいかどうかも関係します。
次に水玉を見つけたら、「どのくらいの量か」「どこに触れているか」「傾けるとどう動くか」を分けて観察してみてください。小さな水滴にも、比べ方を工夫して仕組みを調べる理科の考え方が詰まっています。
参考資料
- OpenStax『Chemistry 2e』10.2「Properties of Liquids」。表面張力、水滴の形、ぬれの基本。
https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/10-2-properties-of-liquids - 吉田英生「表面張力」日本機械学会熱工学講演会講演論文集、2001年、657〜661ページ。表面張力を力とエネルギーから考える説明。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsmeptec/2001/0/2001_657/_pdf - MIT「Wettability, non-wettability and contact angle hysteresis」。水と物の表面との関係。
https://web.mit.edu/nnf/education/wettability/wetting.html - MIT News「Explained: Hydrophobic and hydrophilic」（2013年7月16日）。親水性・疎水性と接触角。
https://news.mit.edu/2013/hydrophobic-and-hydrophilic-explained-0716 - John W. M. Bush, MIT OpenCourseWare, 18.357「Interfacial Phenomena」Lecture 15（2010年）。水滴の縁が止まる理由と、傾いた面での動き。
https://ocw.mit.edu/courses/18-357-interfacial-phenomena-fall-2010/78a7b441b80522b22b9330527db3e81f_MIT18_357F10_Lecture15.pdf - 産業技術総合研究所「水になじみやすく、水がスムーズに滑落する透明皮膜」（2022年10月26日）。水になじみやすさと滑りやすさを両立させた研究。
https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2022/pr20221026/pr20221026.html
資料確認：2026年11月10日
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