מדוע נוצרות טיפות מים ואילו צורות יכולות להיות להן?

בוודאי שאי פעם בהית בגשם, תמהה ונדהמת מהאופן שבו טיפות הגשם נופלות עליו. טיפות הדומות תמיד לצורות עגולות או אליפסות וכי באופן אישי אתה רואה אותן נופלות כאילו היו מחטים. אילו תעלומות עומדות מאחורי היווצרות טיפות מים? מה מסתתר מתחת לפני השטח של טיפות מים זעירות ומדוע נוצרות טיפות מים?

אם אתה רוצה לפענח את כל החידות והספקות האלה, המשך לקרוא 🙂

טיפת מים

מים הם היסוד הנפוץ ביותר שקיים על פני כדור הארץ. בזכות מים החיים כפי שאנו מכירים יכולים להתפתח. אם לא בשבילה, לא היו נהרות, אגמים, ים או אוקיינוסים. מה גם שלא יכולנו לחיות מכיוון שאנחנו מורכבים מ -70% מים.

ניתן למצוא מים בשלושת המצבים: מוצקים (בצורת קרח), נוזלים (מים) וגז (אדי מים). שינוי מצבו תלוי לחלוטין בטמפרטורה ובלחץ. כאשר מוחל חום על קרח, האנרגיה שלו מגבירה את התנודות של מולקולות המים בתוכו והוא מתחיל להמיס. אם החום הזה יימשך, החלקיקים יפרדו כל כך הרבה שהם יהפכו לגז. אדי מים הם רק טיפות מים קטנות. אבל ...

מדוע נוצרות טיפות מים?

כאשר אנו מצביעים על המולקולות המרכיבות מים, אנו הופכים אותם לצורה עגולה הדומה לכדורים המוחזקים יחד על ידי רטט וסיבוב. אם זה היה כך, מדוע כשמים שנשפכים לא מתפשטים לעובי של מולקולה אחת? זה קורה בגלל מה שמכונה מתח פנים. הודות למתח השטח הקיים בין המולקולות, אנו יכולים לגרום למחט לצוף על גבי כוס או שחרקי הסנדלרים יכולים לעבור במים.

כדי להבין זאת, עליך לדעת מה קורה בתוך הנוזל. מים מורכבים ממולקולות ואלה, בתורם, אטומים. לכל אטום יש מטענים חיוביים (פרוטונים) ומטענים שליליים (אלקטרונים) ויש להם צורה כזו או אחרת, תלוי בסוג המולקולה שהם יוצרים. לפעמים מעטפת האלקטרונים נמשכת יותר זו לזו ופעמים אחרות הפרוטונים והאלקטרונים. לכן אנו יודעים שיש כוחות משיכה ודחייה.

כאשר אנו צופים במולקולה בתוך הנוזל, אנו יכולים לראות כיצד היא מוקפת לחלוטין במולקולות נוספות וכי כל הכוחות הבין-מולקולריים הקיימים מבטלים זה את זה. אם אחד יורה שמאלה, השני יורה ימינה באותה עוצמה, אז הם מבטלים זה את זה. זה גורם למולקולות להיות פחות אנרגיה ויציבים יותר. תמיד מחפשים את המדינה שעולה הכי פחות אנרגיה לתחזוקה, מה חם מתקרר, מה מאוד נופל וכו '.

הדבר מסובך כאשר מתבוננים במולקולות הנמצאות בשכבה השטחית של המים. מולקולות אלה אינן מוקפות במולקולות אחרות. הם מקבלים כוח רק מצד אחד, אך לא מהצד השני. כדי לפתור בעיה זו, המולקולות ממקמות את עצמן מחדש ומנסות למצוא צורה כדי למזער את שטח הפנים שהם תופסים. עבור אותו נפח, הגוף הגיאומטרי עם שטח הפנים הקטן ביותר הוא הכדור.

מכל הסיבות הללו נוצרות טיפות מים כאשר המים נשפכים לצורת מעגל או כדור. זו גם הסיבה שחפצים שיש להם מסה מועטה והם צפופים יותר ממים (כמו חרקי סנדלרים) יכולים לצוף, מכיוון שפני המים נוטים לא להישבר כדי לאפשר לגוף זר להיכנס.

מתח הפנים במים גבוה יותר מאשר בנוזלים אחרים שכן הגיאומטריה של המולקולות שלהן היא זוויתית וגורמת להתקיים כוחות נוספים.

מדוע טיפות גשם מעוצבות כמו דמעה?

לאחר שהסברנו את הסיבה לכך שנוצרות טיפות מים, הגיע הזמן להסביר מדוע טיפות אלו לובשות צורה של דמעה כאשר הן נופלות מהשמים בזמן הגשם.

בדרך כלל מתוארת טיפת מים בצורת דמעה. עם זאת, אלא אם כן טיפות אלה נופלות על חלון, אין לו צורה דומה. טיפות גשם קטנות יש רדיוס של פחות ממילימטר וצורתם כדורית. הגדולים ביותר לובשים צורת לחמניות המבורגר כאשר הם מגיעים לערכי רדיוס הגדולים מ -4,5 מ"מ. כשזה קורה, הטיפות מתעוותות למצנח עם צינור מים סביב הבסיס ומתפשטות לטיפות קטנות יותר.

שינוי זה בצורת טיפות המים נובע כתוצאה מהמתח של שני כוחות הפועלים בו זמנית. הראשון הוא מתח השטח שנראה בעבר והשני הוא לחץ האוויר, שכבה כדי לדחוף את בסיס הטיפה כלפי מעלה בזמן שהיא נופלת. כאשר טיפת המים קטנה יותר, מתח הפנים מפעיל כוח גדול יותר מזה של לחץ האוויר, כך שהטיפה לובשת צורה של כדור. ככל שגודל טיפת המים גדל, המהירות בה היא נופלת גוברת, באופן שכזה גדל גם הכוח בו פועל לחץ האוויר על ירידת המים. זה גורם לטיפה להיות יותר שטוחים ונוצר שקע בתוכה.

כאשר רדיוס הנפילה עולה על 4 מ"מ, השקע במרכז הנפילה גדל בצורה כזו שהוא נוצר שקית עם טבעת מים מעל ומהטיפה הגדולה הזו נוצרים כמה קטנים.

בעזרת מידע זה תוכלו ללמוד מעט יותר על טיפות המים ולמה יש להם צורה זו כאשר הם נמצאים במקומות שונים. עכשיו אתה יכול להסתכל דרך החלון עם ידע רב יותר על האלמנט שנותן לנו חיים.