Du har helt sikkert nogensinde stirret på regnen, undret og forbløffet over den måde, regndråberne falder på. Dråber, der altid ligner cirkulære eller ovale former, og som du personligt ser dem falde som om de var nåle. Hvilke mysterier ligger bag dannelsen af vanddråber? Hvad er skjult under overfladen af små vanddråber, og hvorfor dannes der vanddråber?
Hvis du vil dechiffrere alle disse gåder og tvivl, skal du fortsætte med at læse 🙂
En dråbe vand
Vand er det mest almindelige element, der findes på jordens overflade. Takket være vand kan livet som vi kender det udvikle sig. Hvis det ikke var hende, ville der ikke være floder, søer, have eller have. Hvad mere er, vi kunne ikke leve da vi består af 70% vand.
Vand kan findes i alle tre tilstande: fast (i form af is), væske (vand) og gas (vanddamp). Dens tilstandsændring afhænger helt af temperatur og tryk. Når varme påføres is, øger dens energi vibrationerne i vandmolekylerne inde i den, og den begynder at smelte. Hvis denne varme fortsætter, adskiller partiklerne sig så meget, at de bliver til gas. Vanddamp de er bare små dråber vand. Men ...
Hvorfor dannes vanddråber?
Når vi påpeger de molekyler, der udgør vand, gør vi det til en cirkulær form svarende til kugler, der holdes sammen ved at vibrere og rotere. Hvis dette var tilfældet, hvorfor spredes det ikke når vandet spredes til tykkelsen af et enkelt molekyle? Dette sker på grund af hvad der kaldes overfladespænding. Takket være den overfladespænding, der findes mellem molekylerne, kan vi få en nål til at flyde oven på et glas, ellers kan skomagerens insekter gå gennem vandet.
For at forstå dette skal du vide, hvad der foregår inde i væsken. Vand består af molekyler, og disse er igen atomer. Hvert atom har positive ladninger (protoner) og negative ladninger (elektroner), og de har den ene eller den anden form afhængigt af typen af molekyle, de danner. Nogle gange er elektronskallen mere tiltrukket af hinanden og andre gange protoner og elektroner. Derfor ved vi, at der er kræfter til tiltrækning og frastødning.
Når vi observerer et molekyle inde i væsken, kan vi se, hvordan det er helt omgivet af flere molekyler, og hvor alle de intermolekylære kræfter, der eksisterer, udelukker hinanden. Hvis den ene skyder til venstre, skyder den anden til højre med samme intensitet, så de annullerer hinanden. Dette gør, at molekylerne har mindre energi og er mere stabile. Den tilstand, der koster mindst mulig energi at vedligeholde, søges altid, hvad der er varmt køler ned, hvad der er meget højt falder osv.
Sagen er kompliceret, når man observerer molekylerne, der er i det overfladiske lag af vandet. Disse molekyler er ikke helt omgivet af andre molekyler. De modtager kun styrke fra den ene side, men ikke fra den anden. For at løse dette problem flytter molekylerne sig igen og forsøger at finde en form for at minimere det overfladeareal, de besætter. For den samme lydstyrke det geometriske legeme med det mindste overfladeareal er sfæren.
Af alle disse grunde dannes vanddråber, når vandet hældes i en cirkulær eller kugleformet form. Dette er også grunden til, at genstande, der har lidt masse og er mere tætte end vand (såsom skomagerinsekter) kan flyde, da vandets overflade har tendens til at ikke gå i stykker for at lade et fremmedlegeme komme ind.
Overfladespændingen i vand er højere end i andre væsker, da geometrien af dets molekyler er vinklet og får flere kræfter til at eksistere.
Hvorfor er regndråber formet som en dråbe?
Efter at have forklaret årsagen til, at der dannes vanddråber, er det tid til at forklare, hvorfor disse dråber har form af en tåre, når de falder ned fra himlen under regnen.
Normalt er en dråbeformet dråbe vand afbildet. Men medmindre disse dråber falder på et vindue, har den ikke en lignende form. Små regndråber har en radius på mindre end en millimeter og har sfærisk form. De største har form af hamburgerboller, når de når radiusværdier større end 4,5 mm. Når dette sker, forvrænges dråberne i en faldskærm med et vandrør omkring bunden og spredes ud i mindre dråber.
Denne ændring i form af vanddråber skyldes resultatet af spændingen af to kræfter, der virker samtidigt. Den første er den tidligere set overfladespænding og den anden er lufttrykketlag for at skubbe bunden af dråben op, når den falder. Når vanddråben er mindre, udøver overfladespændingen en større kraft end lufttrykets, så faldet får form af en kugle. Efterhånden som vanddråbens størrelse øges, øges hastigheden, hvormed den falder, på en sådan måde, at den kraft, hvormed lufttrykket virker, påvirker vandfaldet. Dette får dråben til at blive mere flad og en depression dannes inde i den.
Når dropens radius overstiger 4 mm, øges depressionen i midten af dråben på en sådan måde, at den dannes en pose med en vandring på toppen og fra denne store dråbe dannes flere små.
Med disse oplysninger vil du være i stand til at lære lidt mere om vanddråberne, og hvorfor de har den form, når de er forskellige steder. Nu kan du se gennem vinduet med større viden om det element, der giver os liv.