Theory of Capillarity of Laplace and birth of Mathematical physics

라플라스 모세관이론과 수학물리학의 태동

  • 이호중 (수원대학교 자연과학대학)
  • Published : 2008.08.31

Abstract

The success of Newton's Gravitational Theory has influenced the theory of capillarity, beginning in the early nineteenth century, by providing a major model of molecular attraction. He used the equation of the attraction of spheroids, which is expressed by second order partial differential equations, to utilize this analogy as the same kind of a particle's force, between gravitational, refractive force of light, and capillarity. The solution of the differential equation corresponds to the geometrical figure of the vessel and the contact angle which is made by the fluid. Unknown abstract functions $\varphi(f)$ represent interaction forces between molecules, giving their potential functions. By conducting several kinds of experimental conditions, it was found that the height of the ascending fluid in the tube is inversely proportional to the rayon of the tube or the distance of the plate. This model is an essential element in the theory of capillarity. Laplace has brought Newtonian mechanics to completion, which relates to the standard model of gravitational theory. Laplace-Young's equation of capillarity is applicable to minimal surfaces in mathematics, to surface tensional phenomena in physics, and to soap bubble experiments.

뉴턴의 중력이론의 성공은 수학물리학을 태동시키는 바, 최초로 19세기 초의 분자력의 모델성립에 중요한 요소로 등장하였다. 라플라스는 여기서 회전타원체의 작용이라는 모델을 이용하였고 회전타원체의 작용은 이계편미분방정식으로 표현이 되었다. 이것을 풀어서 유체를 담은 용기의 기하학적 모습과 와 유체와 고체의 접촉각에 대응시켰다. 알 수 없는 분자간거리는 추상적이고 미지의 힘 함수 $\varphi(f)$를 써서 표현하여, 분자 작용반경이라는 개념을 도입하여 이론적인 포텐셜 함수의 이론적인 토대를 구축하였다. 뉴턴의 중력이론은 라플라스이론에서 완성을 이루었고, 이후 분자력의 모델로서 작용을 하였다. 라플라스-영의 모세관이론은 수학적으로는 극소 곡면론에서 물리학적으로는 표면장력현상으로 설명이 된다.