من المؤكد أنك سبق لك أن حدقت في المطر ، وحيرتك وذهلت من الطريقة التي تسقط بها قطرات المطر عليها. القطرات التي تشبه دائمًا الأشكال الدائرية أو البيضاوية والتي تراها ، شخصيًا ، تتساقط كما لو كانت إبرًا. ما هي الألغاز الكامنة وراء تكون قطرات الماء؟ ما الذي يخفى تحت سطح قطرات الماء الصغيرة ولماذا تتشكل قطرات الماء؟
إذا كنت ترغب في فك كل هذه الألغاز والشكوك ، فاستمر في القراءة 🙂
قطرة ماء
الماء هو العنصر الأكثر شيوعًا الموجود على سطح الأرض. بفضل الماء ، يمكن أن تتطور الحياة كما نعرفها. لولاها لما وجدت أنهار أو بحيرات أو بحار أو محيطات. علاوة على ذلك ، لا يمكننا العيش لأننا مكونون من 70٪ ماء.
يمكن العثور على الماء في جميع الحالات الثلاث: صلب (على شكل جليد) ، سائل (ماء) ، وغاز (بخار ماء). يعتمد تغيير حالتها كليًا على درجة الحرارة والضغط. عندما يتم تطبيق الحرارة على الجليد ، تزيد طاقته من اهتزازات جزيئات الماء بداخله وتبدأ في الذوبان. إذا استمرت هذه الحرارة ، فسوف تنفصل الجزيئات كثيرًا حتى تتحول إلى غاز. بخار الماء إنها مجرد قطرات صغيرة من الماء. ولكن ...
لماذا تتشكل قطرات الماء؟
عندما نشير إلى الجزيئات التي يتكون منها الماء ، نجعله دائريًا مشابهًا للكرات التي تتماسك معًا بالاهتزاز والدوران. إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا عندما لا ينتشر الماء المنسكب إلى سمك جزيء واحد؟ يحدث هذا بسبب ما يسمى التوتر السطحي. بفضل التوتر السطحي الموجود بين الجزيئات ، يمكننا أن نجعل إبرة تطفو فوق كوب أو يمكن لحشرات صانع الأحذية أن تمشي في الماء.
لفهم هذا ، تحتاج إلى معرفة ما يجري داخل السائل. يتكون الماء من جزيئات وهذه بدورها ذرات. كل ذرة لها شحنة موجبة (بروتونات) وشحنات سالبة (إلكترونات) ولها شكل أو آخر ، حسب نوع الجزيء الذي تشكله. في بعض الأحيان تنجذب غلاف الإلكترون إلى بعضها البعض وفي أحيان أخرى تنجذب البروتونات والإلكترونات. لذلك نحن نعلم أن هناك قوى جذب ونفور.
عندما نلاحظ جزيءًا داخل السائل ، يمكننا أن نرى كيف أنه محاط تمامًا بمزيد من الجزيئات وحيث تلغي جميع القوى بين الجزيئات الموجودة بعضها البعض. إذا سدد أحدهما جهة اليسار ، فإن الآخر سيطلق النار إلى اليمين بنفس الشدة ، لذلك يلغي كل منهما الآخر. هذا يجعل الجزيئات لها طاقة أقل وأكثر استقرارًا. دائمًا ما يتم البحث عن الحالة التي تكلف أقل قدر من الطاقة للحفاظ عليها ، وما هو ساخن يبرد ، وما هو السقوط المرتفع للغاية ، وما إلى ذلك.
الأمر معقد عند ملاحظة الجزيئات الموجودة في الطبقة السطحية من الماء. هذه الجزيئات ليست محاطة بالكامل بجزيئات أخرى. إنهم يتلقون القوة من جانب واحد فقط ، ولكن ليس من الجانب الآخر. لإصلاح هذه المشكلة ، تعيد الجزيئات وضع نفسها في محاولة للعثور على شكل لتقليل مساحة السطح التي تحتلها. لنفس الحجم ، الجسم الهندسي مع أصغر مساحة سطح هو الكرة.
لكل هذه الأسباب ، تتشكل قطرات الماء عند سكب الماء في شكل دائري أو كروي. وهذا أيضًا هو السبب الذي يجعل الأشياء التي لها كتلة قليلة وتكون أكثر كثافة من الماء (مثل حشرات الإسكافي) يمكن أن تطفو ، لأن سطح الماء يميل إلى لا تنكسر للسماح بدخول جسم غريب.
التوتر السطحي في الماء أعلى منه في السوائل الأخرى لأن هندسة جزيئاته زاويّة وتسبب وجود المزيد من القوى.
لماذا تتشكل قطرات المطر على شكل دمعة؟
بعد شرح سبب تكون قطرات الماء ، حان الوقت لشرح سبب اتخاذ هذه القطرات شكل المسيل للدموع عندما تسقط من السماء أثناء المطر.
عادة ما يتم تصوير قطرة ماء على شكل دمعة. ومع ذلك ، ما لم تسقط هذه القطرات على النافذة ، فلن يكون لها شكل مماثل. قطرات المطر الصغيرة لها نصف قطرها أقل من مليمتر وتكون كروية الشكل. تتخذ أكبرها شكل كعك الهمبرغر عندما تصل قيم نصف قطرها إلى أكبر من 4,5 مم. عندما يحدث هذا ، تتشوه القطرات إلى مظلة مع وجود أنبوب ماء حول القاعدة وتنتشر في قطرات أصغر.
هذا التغيير في شكل قطرات الماء ناتج عن توتر قوتين تعملان في وقت واحد. الأول هو التوتر السطحي الذي سبق رؤيته والثاني هو ضغط الهواء، طبقة لدفع قاعدة القطرة لأعلى أثناء سقوطها. عندما تكون قطرة الماء أصغر ، يبذل التوتر السطحي قوة أكبر من قوة ضغط الهواء ، بحيث يأخذ القطرة شكل كرة. مع زيادة حجم قطرة الماء ، تزداد السرعة التي يسقط بها ، بحيث تنخفض القوة التي يعمل بها ضغط الهواء على الماء. هذا يتسبب في أن يصبح الانخفاض أكثر تسطيحًا ويتشكل اكتئاب داخله.
عندما يتجاوز نصف قطر القطرة 4 مم ، يزداد الانخفاض في مركز القطرة بطريقة تتشكل كيس مع حلقة ماء في الأعلى ومن هذا القطرة الكبيرة تتشكل عدة قطع صغيرة.
باستخدام هذه المعلومات ، ستتمكن من معرفة المزيد عن قطرات الماء ولماذا يكون لها هذا الشكل عندما تكون في أماكن مختلفة. الآن يمكنك النظر من خلال النافذة بمعرفة أكبر عن العنصر الذي يمنحنا الحياة.