Sigurno ste ikad buljili u kišu, zbunjeni i zadivljeni načinom pada kišnih kapi na nju. Kapi koje uvijek nalikuju kružnim ili ovalnim oblicima i koje osobno vidite kako padaju kao da su igle. Koje su tajne iza stvaranja kapljica vode? Što se krije ispod površine sitnih kapljica vode i zašto nastaju kapljice vode?
Ako želite odgonetnuti sve ove enigme i sumnje, nastavite čitati 🙂
Kap vode
Voda je najčešći element koji postoji na zemljinoj površini. Zahvaljujući vodi, život kakav poznajemo može se razviti. Da nije bilo nje, ne bi bilo rijeka, jezera, mora ili oceana. Štoviše, nismo mogli živjeti budući da smo sastavljeni od 70% vode.
Voda se može naći u sva tri stanja: krutom (u obliku leda), tekućem (voda) i plinu (vodena para). Njegova promjena stanja u potpunosti ovisi o temperaturi i tlaku. Kada se toplina primijeni na led, njegova energija povećava vibracije molekula vode unutar njega i on se počinje topiti. Ako se ova toplina nastavi, čestice će se odvojiti toliko da će se pretvoriti u plin. Vodena para to su samo sitne kapljice vode. Ali ...
Zašto se stvaraju kapi vode?
Kad istaknemo molekule od kojih se sastoji voda, činimo je kružnog oblika sličnog kuglicama koje se drže vibriranjem i rotacijom. Ako je to bilo tako, zašto se voda kada se prolije ne širi u debljinu jedne molekule? To se događa zbog onoga što se naziva površinska napetost. Zahvaljujući površinskoj napetosti koja postoji između molekula, možemo natjerati iglu da pluta na vrhu čaše ili kukci postolari mogu hodati kroz vodu.
Da biste to razumjeli, morate znati što se događa unutar tekućine. Voda se sastoji od molekula, a to su pak atomi. Svaki atom ima pozitivne naboje (protoni) i negativne naboje (elektrone) i oni imaju jedan ili drugi oblik, ovisno o vrsti molekule koju stvaraju. Ponekad se elektronska ljuska više privlači, a drugi put protoni i elektroni. Stoga znamo da postoje sile privlačenja i odbijanja.
Kada promatramo molekulu unutar tekućine, možemo vidjeti kako je ona u potpunosti okružena s više molekula i gdje se sve postojeće intermolekularne sile međusobno poništavaju. Kad bi jedan pucao ulijevo, drugi bi istim intenzitetom pucao udesno, pa se međusobno poništavaju. Zbog toga molekule imaju manje energije i stabilniji su. Uvijek tražite državu koja najmanje košta održavanje, vruće se hladi, vrlo visoko pada, itd.
Stvar je komplicirana kada se promatraju molekule koje se nalaze u površinskom sloju vode. Te molekule nisu u potpunosti okružene drugim molekulama. Snagu primaju samo s jedne strane, ali s druge ne. Da bi riješili taj problem, molekule se ponovno postavljaju pokušavajući pronaći oblik kako bi smanjile površinu koju zauzimaju. Za isti volumen, geometrijsko tijelo s najmanjom površinom je kugla.
Iz svih ovih razloga kapljice vode nastaju kad se voda ulije u kružni oblik ili oblik kugle. To je također razlog zašto predmeti koji imaju malu masu i gušći su od vode (poput kukca-kukca) mogu plutati, jer površina vode nastoji ne slomiti kako bi se omogućilo ulazak stranog tijela.
Površinski napon u vodi veći je nego u drugim tekućinama, jer je geometrija njegovih molekula kutna i uzrokuje postojanje više sila.
Zašto su kišne kapi u obliku suzne kapljice?
Nakon objašnjenja razloga zašto nastaju kapi vode, vrijeme je da objasnimo zašto te kapi poprimaju oblik suze kad padnu s neba tijekom kiše.
Obično se prikazuje kap vode u obliku suze. Međutim, ako ove kapi ne padnu na prozor, on nema sličan oblik. Male kišne kapi imaju polumjera manjeg od milimetra i sfernog su oblika. Najveće poprimaju oblik peciva za hamburgere kad dosegnu vrijednosti radijusa veće od 4,5 mm. Kad se to dogodi, kapljice se iskrive u padobran s cijevi vode oko baze i rašire u manje kapljice.
Ova promjena u obliku kapljica vode posljedica je napetosti dviju sila koje djeluju istovremeno. Prvo je prethodno viđena površinska napetost, a druga je tlak zraka, sloj za potiskivanje baze kapljice prema gore dok pada. Kad je kap vode manji, površinska napetost vrši veću silu od one tlaka zraka, tako da kap ima oblik kugle. Kako se veličina kapljice vode povećava, brzina kojom ona pada povećava se na takav način da raste i sila kojom zračni pritisak djeluje na pad vode. To uzrokuje da kap postane spljoštenija i u njemu se stvori depresija.
Kad polumjer kaplje prelazi 4 mm, udubljenje u središtu kapljice povećava se na takav način da nastaje vrećica s vodenim prstenom na vrhu a od te velike kapi nastaje nekoliko malih.
Pomoću ovih informacija moći ćete saznati malo više o kapljicama vode i zašto imaju takav oblik kad su na različitim mjestima. Sada možete gledati kroz prozor s većim znanjem o elementu koji nam daje život.