Koji je oblik kapljice?

SPIRALNI KEKSI - recept za jednostavan keks (Srpanj 2019).

Anonim

Uobičajeno je da pada kapljica ima oblik koji sliči suzama. Zamolite hrpu slučajnih ljudi da crpe kapljicu koja padaju s oblaka. Oko 99% njih bi ga privuklo poput tuširanja suza koja izlazi iz oblaka. Pa, u ovom slučaju, ljudi su 100% u pravu. Ili barem, to je ono što su napravili da misle. Vremenske prognoze na televiziji prikazuju kapljice kapljica kao suzu, što dovodi do toga da se uobičajenim ljudima slučajno poučava da kišnice imaju taj oblik. Čak i nastavnici (uključujući i profesore!) Aktivno produžuju ovaj urbani mit. Ikone za vremenske prilike koje se koriste u medijima ilustriraju ovu široku pogrešku, što je očito ako radite jednostavnu Googleovu pretragu.

Mnogi izvori ne mogu biti u krivu, zar ne? Mislim, čak i Google je u tome!

Istina

Možda se pitate zašto je pad sferičan. Odgovor na to leži u jednostavnom fenomenu poznatom pod nazivom površinska napetost, atraktivnom silom koja se nalazi na površinskim molekulama tekućine pomoću molekula ispod, koja sklon privlačenju površinskih molekula u većinu tekućine i čini tekućinu pretpostavlja oblik koji ima najmanje površinu. U slučaju kišnih kapi, najmanja površina koja se može postići padom je ona sfera. Izolirana kap koja nije iskrivljena vanjskim silama povlači se njezinom površinskom napetošću u sferični oblik.

Male kapljice su sferične, ali kako rastu, postižu oblik hamburgera. (Izvor slike: en.wikipedia.org)

Mikro-fotografije od oblaka i čestica magle pokazuju da se ti kapi ne mogu razlikovati od savršenih sfera.

Mikrophotografija kiše.

Kad padne kapljice, pogodile su obližnje kapljice i kombinirale s njima, tako da su bile veće. Čudan oblik većih kapi u potpunosti je posljedica djelovanja vanjskih sila, naime aerodinamičkih i gravitacijskih. Veličina kapi povećava se približavajući Zemljinu površinu. Veća veličina također rezultira većom brzinom. Velike kapljice koje su se u zraku prelijevale nečujno, tako brzo da stvaraju razlike u pritisku deformiranja oblika oko njih. To uzrokuje da dio u blizini dna kapa stvori viši tlak i stoga manji pritisak na stranama.

Ova razlika tlakova nastoji izravnati donji dio kapljice, tj. Voditi molekule vode s vrha i središta prema stranama, čime se izravnava pad i povećava njezin vodoravni promjer.

Različite sile koje djeluju na pad. Zeleni dio je područje niskog tlaka. Crvene linije utječu na oblik kapljice.

Ono što je zanimljivo je da nastala modificirana površina zakrivljenosti kapi vraća ravnotežu tlaka u njemu. To dokazuje da su najbolji primjeri znanosti pronađeni u prirodi.

Gore navedene prilagodbe samo nadoknađuju razlike u tlaku uzrokovane vanjskim tlakom i aerodinamičkim silama. Međutim, postoji još jedna sila koja dolazi u sliku i treba ga prevladati kako bi se postigla potpuna ravnoteža. Očito, govorimo o gravitacijskoj sili!

Ako kapljica postaje prevelika u veličini, ona se dijeli na dva dijela i ponovno stječe svoj izvorni oblik kugle. Ovo stanje je zadovoljeno kada pad dostigne brzinu stezaljki (brzina kojom kap padne bez ikakvog daljnjeg ubrzavanja) i kada unutarnji tlak nije uniforman tijekom cijelog. Ovaj gradijent tlaka je obično mali, jer se brzina terminala brzo postiže.

Kako kapljica postaje veća, postaje teža i na mjestu se raspada u dvije kapi. (Izvor slike: pmm.nasa.gov)

Na tehničkoj strani, kombinacija hidrostatičkih i aerodinamičkih načela trebala bi rezultirati ravnim vrhom i donjim krivudavim dnom. U stvarnosti, međutim, upravo je suprotno.

Ovo iznenađujuće otkriće je zbog još jednog fenomena poznatog kao viskoznost (otpor koji se nudi protoku bilo koje tekućine). Do ove točke pretpostavljamo da kapi pada kroz savršeno ne-viskoznu tekućinu. Međutim, zrak ima neku viskoznost i dovoljno je utjecati na oblik kapljica. Kada se kreće oko velikog kapljica, zrak se ponaša na isti način kao i krilo zrakoplova. Slojevi zraka oko kapi tvore nestabilnu regiju na gornjoj površini. U ovom području, tlak zraka je znatno niži nego kod baze kapi. To rezultira većom zakrivljenosti na gornjoj površini od baze.

Znači, to je cijela fizika, ali to smo uspjeli! Uobičajeni mit o kapi kapljica suza u obliku suza konačno je razbijen. Iako znamo istinu, umjetnici i ilustratori će nastaviti izvlačenje kišnih kapi, koliko god žele, suze i sve!

Pogledajte ovaj zanimljiv videozapis NASA-e o ovoj temi:

Reference: