Olet varmasti koskaan tuijottanut sateeseen, hämmentynyt ja hämmästynyt siitä, miten sadepisarat putoavat siihen. Pisarat, jotka muistuttavat aina pyöreitä tai soikeita muotoja ja jotka henkilökohtaisesti näet ne putoavan kuin neulat. Mitkä salaisuudet ovat vesipisaroiden muodostumisen takana? Mitä piilossa on pienten vesipisaroiden pinta ja miksi vesipisarat muodostuvat?
Jos haluat tulkita kaikki nämä arvoitukset ja epäilyt, jatka lukemista 🙂
Pisara vettä
Vesi on yleisin maapallon pinnalla oleva elementti. Veden ansiosta tiedossa oleva elämä voi kehittyä. Jos ei häntä, ei olisi jokia, järviä, meriä tai valtameriä. Emme voineet elää koska me koostumme 70% vedestä.
Vettä löytyy kaikista kolmesta tilasta: kiinteä (jään muodossa), neste (vesi) ja kaasu (vesihöyry). Sen tilanmuutos riippuu täysin lämpötilasta ja paineesta. Kun lämpöä levitetään jäihin, sen energia lisää sen sisällä olevien vesimolekyylien värähtelyjä ja se alkaa sulaa. Jos tämä lämpö jatkuu, hiukkaset erottuvat niin paljon, että ne muuttuvat kaasuksi. Vesihöyry ne ovat vain pieniä vesipisaroita. Mutta ...
Miksi muodostuu vesipisaroita?
Kun osoitamme vettä muodostavat molekyylit, teemme siitä pyöreän muodon, joka on samanlainen kuin pallot, joita pidetään yhdessä tärisemällä ja pyörimällä. Jos näin olisi, miksi vuotanut vesi ei leviä yhden molekyylin paksuuteen? Tämä tapahtuu sen vuoksi, mitä kutsutaan pintajännitys. Molekyylien välillä vallitsevan pintajännityksen ansiosta voimme saada neulan kellumaan lasin päälle tai suutarihyönteiset voivat kävellä veden läpi.
Tämän ymmärtämiseksi sinun on tiedettävä, mitä nesteessä tapahtuu. Vesi koostuu molekyyleistä, jotka puolestaan ovat atomeja. Jokaisella atomilla on positiivisia varauksia (protoneja) ja negatiivisia varauksia (elektroneja), ja niillä on yksi tai toinen muoto riippuen muodostettavan molekyylin tyypistä. Joskus elektronikuori houkuttelee enemmän toisiaan ja toisinaan protonit ja elektronit. Siksi tiedämme, että vetovoiman ja hylkäämisen voimia on.
Kun havaitsemme nesteen sisällä olevan molekyylin, voimme nähdä, kuinka sitä ympäröi kokonaan enemmän molekyylejä ja missä kaikki olemassa olevat molekyylien väliset voimat kumoavat toisensa. Jos toinen ampuu vasemmalle, toinen ampuu oikealle samalla voimakkuudella, joten ne peruuttavat toisensa. Tämä saa molekyylit olemaan vähemmän energiaa ja ovat vakaampia. Tila, jonka ylläpito maksaa vähiten energiaa, etsitään aina, mikä kuuma jäähtyy, mikä on erittäin korkea putoaa jne.
Asia on monimutkainen, kun tarkkaillaan molekyylejä, jotka ovat veden pinnallisessa kerroksessa. Nämä molekyylit eivät ole täysin muiden molekyylien ympäröimiä. He saavat voimaa vain yhdeltä puolelta, mutta eivät toisilta. Tämän ongelman korjaamiseksi molekyylit asettavat itsensä uudelleen yrittäen löytää muodon viemänsä pinta-alan minimoimiseksi. Samalle äänenvoimakkuudelle geometrinen kappale, jolla on pienin pinta-ala, on pallo.
Kaikista näistä syistä vesipisaroita muodostuu, kun vesi kaadetaan pyöreäksi tai pallomaiseksi. Tämä on myös syy siihen, miksi pienipainoiset ja vettä tiheämmät esineet (kuten mukulahyönteiset) voivat kellua, koska veden pinta pyrkii ei riko päästää vieraita esineitä.
Veden pintajännitys on suurempi kuin muissa nesteissä, koska sen molekyylien geometria on kulmikas ja aiheuttaa enemmän voimia.
Miksi sadepisarat ovat muotoisia kuin pisara?
Kun syy vesipisaroiden muodostumiseen on selitetty, on aika selittää, miksi nämä pisarat ottavat kyynelen muodon, kun ne putoavat taivaalta sateen aikana.
Yleensä kuvataan pisaranmuotoinen vesipisara. Kuitenkin, ellei nämä pisarat putoa ikkunaan, sillä ei ole samanlaista muotoa. Pienillä sadepisaroilla on alle millimetrin säde ja ovat muodoltaan pallomaisia. Suurimmat ovat hampurilaispullaisten muotoja, kun niiden säde on yli 4,5 mm. Kun näin tapahtuu, pisarat vääristyvät laskuvarjoksi, jossa pohjan ympärillä on vesiputki ja leviävät pienempiin pisaroihin.
Tämä vesipisaroiden muodon muutos johtuu kahden samanaikaisesti vaikuttavan voiman jännityksestä. Ensimmäinen on aiemmin nähty pintajännitys ja toinen on ilmanpaine, kerros työntää pudotuksen pohja ylöspäin, kun se putoaa. Kun vesipisara on pienempi, pintajännitys kohdistuu suurempaan voimaan kuin ilmanpaine, niin että pisara on pallon muotoinen. Kun vesipisaran koko kasvaa, sen putoamisnopeus kasvaa siten, että niin myös voima, jolla ilmanpaine vaikuttaa vesipisaraan. Tämä aiheuttaa pudotuksen tasaisemman muodon ja sen sisään muodostuu syvennys.
Kun pisaran säde ylittää 4 mm, pisara keskellä pudotusta kasvaa siten, että se muodostuu pussi, jossa vesirengas päällä ja tästä suuresta pisarasta muodostuu useita pieniä.
Tämän tiedon avulla voit oppia hieman enemmän vesipisaroista ja siitä, miksi niillä on sellainen muoto ollessaan eri paikoissa. Nyt voit katsoa ikkunan läpi tuntemalla paremmin elementin, joka antaa meille elämän.