在理想情况下，液体分子的运动(motion of particles)可用速度势(velocity potential)ф表示之，由流体动力学(hydrodynamics)的理论，吾人可证明，在液体与空气的接触面（即所谓的自由液面），下列的条件恒成立：?2ф/ ?t2-g(?ф/ ?z)＝0，此条件即称为自由液面条件。式中之t表示时间；g表示重力加速度；而z表示垂向座标(vertical or elevation coordinate)。