Капля воды - форма, скорость, размер

Капля воды – казалось бы, разве может что-то быть проще? А ведь это действительно удивительное творение природы, изменяющееся в зависимости от внешних условий, собственных размеров, состава и ряда других параметров. Даже её форма, оказывается, может сильно отличаться от привычной. Постараемся, опираясь на науку и современнейшие данные, рассказать о ней побольше.

Капля воды - форма, скорость, размер

Самое интересное кратко

Какова форма капли?

Это зависит от объема – от идеальной сферы до формы, напоминающей купол парашюта.

Какой размер имеет дождевая капля?

Этот показатель серьезно различается – от 0,1 до 7 миллиметров.

Где выпал дождь из самых крупных капель?

В 2004 году в Бразилии и на Маршалловых островах прошел дождь, капли в котором имели диаметр до 10 миллиметров!

С какой скоростью падают капли дождя?

Она зависит от размера и может колебаться от 2 до 30 метров в секунду.

Сколько весит капля воды?

Масса одной капли воды примерно 0,03-0,05 грамма, но надо понимать, что значение может отличаться от состава а размера. Фармацевтической мерой считается капля массой 0,05 г.

Какова форма капли?

Конечно, большинство не задумываясь ответят – каплевидная, то есть, округлая внизу и вытянутая сверху. А ведь это серьезное заблуждение! На самом деле все зависит от размера капли и, соответственно, её массы.

К примеру, если брать небольшую каплю воды, около 2 миллиметров или меньше, то её размер в полете будет практически идеальной сферой. Ведь здесь действует притяжение молекул, которое направлено в центр капли. Однако форма остается такой лишь до тех пор, пока капля достаточно мала, чтобы скорость падения была небольшой и, соответственно, сопротивление воздуха сохранялось минимальным.

А вот если её диаметр увеличивается больше 2 миллиметров, то все изменяется. Силы притяжения молекул уже недостаточно, чтобы стягивать их к центру, а скорость падения и сопротивление воздуха увеличиваются. Из-за этого в нижней части создается область повышенного давления, в то время как над каплей формируется область низкого давления. Поэтому больше всего в этот момент капля похожа на купол парашюта – слегка изогнутая в центре и округлая сверху. Причем чем больше масса, тем сильнее изогнута капля в центре. Форма капли воды

Поверхностное натяжение воды

Ещё интереснее обстоит дело, если капля увеличивается в полете – к примеру, из-за присоединения других, более мелких. При достижении размера в 7 миллиметров и больше, форма оказывается настолько изогнутой, что капля просто разрывается на две части – молекулярного притяжения уже недостаточно, чтобы удержать её целой. Поэтому обычно даже при самом сильном ливне нельзя увидеть или зафиксировать капли дождя больше 6-7 миллиметров в диаметре. Конечно, даже это бывает довольно редко. Чаще всего причиной столь крупных капель является не прошедший град. В жарком воздухе градины быстро тают и падают на землю уже не в виде льдинок, а как крупные капли воды.

Другой разговор, если речь идет о каплях, падающих не с неба, а, например, капающих из крана. Вот здесь вполне может идти разговор о той самой форме, какая привычна всем с детства «слезинка» – внизу практически идеальный шар, а вот сверху резко утончающийся хвостик. Но такой форма остается считанные мгновения – под своим весом вода оттягивается вниз, "хвостик" удерживающий её, просто рвется, и она падает вниз, в полете уже принимая форму сферы – однако все происходит настолько быстро, что человеческий глаз не успевает этого заметить.

Скорость капель в дожде

Из предыдущего вопроса вытекает новый – какой максимальной скорости может достигнуть капля во время дождя? Этот показатель зависит в первую очередь от двух факторов – размера капли и высоты, с которой она падает. При увеличении любого из них, скорость возрастает.

К примеру, если взять идеальные условия – полное отсутствие ветра и высоту на уровне моря, то капля диаметром в 0,5 миллиметра будет иметь скорость от 2 до 6,6 метров в секунду – в зависимости от высоты, с которой она падает. Если же увеличить диаметр капли в 10 раз, до 5 миллиметров, оставив прочие факторы без изменений, то скорость возрастет уже до 9-30 метров в секунду! А ведь 30 метров в секунду это уже 108 километров в час – весьма серьезная скорость! Если бы капля имела большую плотность, то легко смогла бы доставить множество проблем.

Самые крупные известные капли

Как говорилось выше, обычно максимальный диаметр капель составляет около 6-7 миллиметров – более крупные просто распадаются в воздухе. Однако природа часто создает законы только для того, чтобы их иногда нарушать. Так же обстоит дело и с каплями дождя.

Оказывается, сравнительно недавно, в 2004 году на Маршалловых островах и в Бразилии лил дождь, в котором капли имели размер до 10 миллиметров! Как это возможно и почему они не разорвались в полете, как это бывает обычно? Все дело в плотности. Шел настолько сильный дождь, что стоило только каплям разорваться на более мелкие, как они в свою очередь объединялись с другими, снова достигая невероятного размера.

Вода и капля в невесомости

Капля воды в невесомости Но, стоит отметить, что здесь и выше речь идет исключительно о нормальных условиях. А какой может быть размер капли в невесомости? Оказывается – практически любой! Ведь здесь нет никакого давления, ничто не пытается расплющить каплю или разорвать на части. Зато поверхностное натяжение никуда не денется – оно по-прежнему будет удерживать форму воды. Так что, если вылить в невесомости литр воды, не позволяя ему прикоснуться к какой-либо поверхности, он замрет в воздухе, сохраняя форму сферы. Но стоит только задеть её пальцем, как капля распределится по всей ладони, руке или даже телу, пытаясь минимизировать площадь поверхности.

А как же свинец?

Знатоки истории и просто люди, интересующиеся оружием, наверняка вспомнят свинцовую дробь, используемую в гладкоствольном. Ведь это ничто иное, как капли свинца, застывшие в холодном воздухе. Как же они, имея довольно большой размер (до 6 миллиметров – все, что крупнее, является уже картечью), сохраняют в воздухе практически идеально круглую форму.

Однако здесь стоит учитывать, что свинец и вода имеют совершенно разную плотность – 11,3 г/см3 против 1 г/см3 соответственно. Поэтому и молекулярные связи в металле значительно сильнее. Как результат – с большой высоты могут падать капли расплавленного свинца диаметром около 5 миллиметров, и при этом они будут сохранять форму шара. Неслучайно для изготовления дроби использовались специальные дроболитейные башни высотой в несколько десятков метров – падая капли принимали нужную форму и в таком виде падали в жидкость (это не вода, как думают некоторые, а мыльный раствор с примесью керосина), моментально охлаждаясь и сохраняя форму.

Капля в фармацевтике

Мало кто задумывается, а ведь капля – это не просто небольшая частица воды или другой жидкости. Это ещё и довольно точная измерительная единица. По крайней мере, фармацевты успешно используют её для проведения расчетов. Когда речь идет о водных растворах, то одна капля равняется 0,05 миллилитра. А если говорить про спиртовые капли, то её объем значительно уменьшается – до 0,025 миллилитра. Чаще всего единица измерения используется в случаях, когда идет речь про жидкие лекарственные препараты, например, капли для носа.

Материал: Ссылки и источники

Добавить комментарий