Σίγουρα έχετε κοιτάξει ποτέ τη βροχή, προβληματίσατε και εκπλαγείτε από τον τρόπο που πέφτουν οι σταγόνες της βροχής. Σταγόνες που μοιάζουν πάντα με κυκλικά ή οβάλ σχήματα και που, προσωπικά, τα βλέπετε να πέφτουν σαν να ήταν βελόνες. Ποια μυστήρια κρύβονται πίσω από το σχηματισμό σταγόνων νερού; Τι κρύβεται κάτω από την επιφάνεια των μικροσκοπικών σταγονιδίων νερού και γιατί σχηματίζονται σταγονίδια νερού;
Αν θέλετε να αποκρυπτογραφήσετε όλα αυτά τα αινίγματα και αμφιβολίες, συνεχίστε να διαβάζετε 🙂
Μια σταγόνα νερό
Το νερό είναι το πιο κοινό στοιχείο που υπάρχει στην επιφάνεια της γης. Χάρη στο νερό, η ζωή, όπως γνωρίζουμε, μπορεί να αναπτυχθεί. Αν όχι για αυτήν, δεν θα υπήρχαν ποτάμια, λίμνες, θάλασσες ή ωκεανοί. Επιπλέον, δεν μπορούσαμε να ζήσουμε αφού αποτελούμαστε από 70% νερό.
Το νερό μπορεί να βρεθεί και στις τρεις καταστάσεις: στερεό (με τη μορφή πάγου), υγρό (νερό) και αέριο (υδρατμοί). Η αλλαγή της κατάστασης εξαρτάται εξ ολοκλήρου από τη θερμοκρασία και την πίεση. Όταν η θερμότητα εφαρμόζεται στον πάγο, η ενέργειά της αυξάνει τις δονήσεις των μορίων του νερού μέσα του και αρχίζει να λιώνει. Εάν συνεχιστεί αυτή η θερμότητα, τα σωματίδια θα διαχωριστούν τόσο πολύ ώστε να μετατραπούν σε αέριο. Υδρατμοί είναι απλά μικρά σταγονίδια νερού. Αλλά ...
Γιατί σχηματίζονται σταγόνες νερού;
Όταν επισημαίνουμε τα μόρια που συνθέτουν το νερό, το κάνουμε κυκλικό σχήμα παρόμοιο με σφαίρες που συγκρατούνται μαζί με δόνηση και περιστροφή. Εάν ήταν έτσι, γιατί όταν το χυμένο νερό δεν εξαπλωθεί στο πάχος ενός μορίου; Αυτό συμβαίνει λόγω αυτού που ονομάζεται επιφανειακή τάση. Χάρη στην επιφανειακή τάση που υπάρχει μεταξύ των μορίων, μπορούμε να κάνουμε μια βελόνα να επιπλέει πάνω από ένα ποτήρι ή τα έντομα του τσαγκάρη να περπατούν μέσα από το νερό.
Για να το καταλάβετε, πρέπει να γνωρίζετε τι συμβαίνει μέσα στο υγρό. Το νερό αποτελείται από μόρια και αυτά, με τη σειρά τους, είναι άτομα. Κάθε άτομο έχει θετικά φορτία (πρωτόνια) και αρνητικά φορτία (ηλεκτρόνια) και έχουν τη μία ή την άλλη μορφή, ανάλογα με τον τύπο του μορίου που σχηματίζουν. Μερικές φορές το κέλυφος ηλεκτρονίων προσελκύει το ένα το άλλο περισσότερο και μερικές φορές τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια. Επομένως, γνωρίζουμε ότι υπάρχουν δυνάμεις έλξης και απωθήσεως.
Όταν παρατηρούμε ένα μόριο μέσα στο υγρό, μπορούμε να δούμε πώς περιβάλλεται εντελώς από περισσότερα μόρια και όπου όλες οι διαμοριακές δυνάμεις που υπάρχουν ακυρώνουν το ένα το άλλο. Εάν κάποιος πυροβόλησε προς τα αριστερά, ο άλλος πυροβόλησε προς τα δεξιά με την ίδια ένταση, οπότε ακυρώνουν ο ένας τον άλλον. Αυτό κάνει τα μόρια να έχουν λιγότερη ενέργεια και είναι πιο σταθερές. Η κατάσταση που κοστίζει τη λιγότερη ενέργεια για διατήρηση αναζητάται πάντα, τι είναι ζεστό ψύχεται, τι είναι πολύ υψηλές πτώσεις κ.λπ.
Το πράγμα είναι περίπλοκο όταν παρατηρούμε τα μόρια που βρίσκονται στο επιφανειακό στρώμα του νερού. Αυτά τα μόρια δεν περιβάλλονται πλήρως από άλλα μόρια. Λαμβάνουν δύναμη μόνο από τη μία πλευρά, αλλά όχι από την άλλη. Για να διορθωθεί αυτό το πρόβλημα, τα μόρια επανατοποθετούνται προσπαθώντας να βρουν ένα σχήμα για να ελαχιστοποιήσουν την επιφάνεια που καταλαμβάνουν. Για τον ίδιο τόμο, το γεωμετρικό σώμα με τη μικρότερη επιφάνεια είναι η σφαίρα.
Για όλους αυτούς τους λόγους, σταγονίδια νερού σχηματίζονται όταν το νερό χύνεται σε κυκλικό ή σφαιρικό σχήμα. Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο αντικείμενα που έχουν μικρή μάζα και είναι πυκνότερα από το νερό (όπως τα έντομα τσαγκιού) μπορούν να επιπλέουν, καθώς η επιφάνεια του νερού τείνει να να μην σπάσει για να επιτρέψει στο ξένο σώμα να εισέλθει.
Η επιφανειακή τάση στο νερό είναι μεγαλύτερη από ό, τι σε άλλα υγρά, καθώς η γεωμετρία των μορίων της είναι γωνιακή και προκαλεί περισσότερες δυνάμεις.
Γιατί οι σταγόνες της βροχής έχουν σχήμα δακρύων;
Μόλις εξηγηθεί ο λόγος για τον οποίο σχηματίζονται σταγόνες νερού, είναι καιρός να εξηγήσουμε γιατί αυτές οι σταγόνες έχουν τη μορφή δακρύων όταν πέφτουν από τον ουρανό κατά τη διάρκεια της βροχής.
Συνήθως απεικονίζεται σταγόνα νερού σε σχήμα σταγόνας. Ωστόσο, εάν δεν πέφτουν αυτές οι σταγόνες σε παράθυρο, δεν έχει παρόμοιο σχήμα. Μικρές σταγόνες βροχής έχουν ακτίνα μικρότερη από ένα χιλιοστό και έχουν σφαιρικό σχήμα. Τα μεγαλύτερα έχουν τη μορφή κουλουριών χάμπουργκερ όταν φτάνουν σε τιμές ακτίνας μεγαλύτερες από 4,5 mm. Όταν συμβεί αυτό, τα σταγονίδια παραμορφώνονται σε αλεξίπτωτο με ένα σωλήνα νερού γύρω από τη βάση και απλώνονται σε μικρότερα σταγονίδια.
Αυτή η αλλαγή στο σχήμα των σταγονιδίων νερού οφείλεται στο αποτέλεσμα της έντασης δύο δυνάμεων που δρουν ταυτόχρονα. Το πρώτο είναι η προηγούμενη επιφανειακή τάση και η δεύτερη είναι η πίεση του αέρα, στρώμα για να ωθήσει τη βάση της σταγόνας προς τα πάνω καθώς πέφτει. Όταν η σταγόνα νερού είναι μικρότερη, η επιφανειακή τάση ασκεί μεγαλύτερη δύναμη από αυτήν της πίεσης του αέρα, έτσι ώστε η σταγόνα να παίρνει το σχήμα μιας σφαίρας. Καθώς αυξάνεται το μέγεθος της σταγόνας νερού, αυξάνεται η ταχύτητα με την οποία πέφτει, έτσι ώστε η δύναμη με την οποία η πίεση του αέρα δρα στην πτώση του νερού. Αυτό αναγκάζει τη σταγόνα να πάρει πιο κολακευτικό σχήμα και μια κατάθλιψη μέσα σε αυτήν.
Όταν η ακτίνα της σταγόνας υπερβαίνει τα 4 mm, η κατάθλιψη στο κέντρο της σταγόνας αυξάνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζεται μια τσάντα με δαχτυλίδι νερού στην κορυφή και από αυτή τη μεγάλη σταγόνα σχηματίζονται αρκετά μικρά.
Με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε λίγο περισσότερα για τις σταγόνες νερού και γιατί έχουν αυτό το σχήμα όταν βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη. Τώρα μπορείτε να κοιτάξετε μέσα από το παράθυρο με μεγαλύτερη γνώση σχετικά με το στοιχείο που μας δίνει ζωή.