Pasti anda pernah menatap hujan, bingung dan kagum dengan cara hujan turun di atasnya. Titisan yang selalu menyerupai bentuk bulat atau bujur dan secara peribadi, anda melihatnya jatuh seolah-olah jarum. Apa misteri di sebalik pembentukan titisan air? Apa yang tersembunyi di bawah permukaan tetesan air kecil dan mengapa titisan air terbentuk?
Sekiranya anda ingin menguraikan semua teka-teki dan keraguan ini, teruskan membaca 🙂
Setitis air
Air adalah unsur paling umum yang terdapat di permukaan bumi. Berkat air, kehidupan seperti yang kita tahu dapat berkembang. Sekiranya tidak untuknya, tidak akan ada sungai, tasik, laut atau lautan. Lebih-lebih lagi, kita tidak dapat hidup kerana kita terdiri daripada 70% air.
Air boleh didapati di ketiga-tiga keadaan: pepejal (dalam bentuk ais), cecair (air), dan gas (wap air). Perubahan keadaannya bergantung sepenuhnya pada suhu dan tekanan. Apabila haba digunakan pada ais, tenaganya meningkatkan getaran molekul air di dalamnya dan ia mula mencair. Sekiranya haba ini berterusan, zarah-zarah akan terpisah begitu banyak sehingga berubah menjadi gas. Wap air mereka hanya sedikit titisan air. Tetapi ...
Mengapa titisan air terbentuk?
Apabila kita menunjukkan molekul-molekul yang membentuk air, kita menjadikannya bentuk bulat yang serupa dengan bola yang dipegang bersama-sama dengan bergetar dan berputar. Sekiranya demikian, mengapa ketika air tumpah tidak menyebar ke ketebalan satu molekul? Ini berlaku kerana apa yang disebut ketegangan permukaan. Berkat ketegangan permukaan yang ada di antara molekul, kita dapat membuat jarum melayang di atas gelas atau serangga pembuat kasut dapat berjalan melalui air.
Untuk memahami perkara ini, anda perlu mengetahui apa yang berlaku di dalam cecair. Air terdiri daripada molekul dan ini, pada gilirannya, adalah atom. Setiap atom mempunyai muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron) dan mereka mempunyai satu atau bentuk lain, bergantung pada jenis molekul yang mereka terbentuk. Kadang-kadang cengkerang elektron lebih tertarik satu sama lain dan lain-lain proton dan elektron. Oleh itu, kita tahu bahawa terdapat daya tarikan dan tolakan.
Apabila kita memerhatikan molekul di dalam cairan, kita dapat melihat bagaimana ia sepenuhnya dikelilingi oleh lebih banyak molekul dan di mana semua daya antara molekul yang ada saling membatalkan satu sama lain. Sekiranya seseorang menembak ke kiri, yang lain akan menembak ke kanan dengan intensiti yang sama, sehingga mereka saling membatalkan. Ini menjadikan molekul mempunyai kurang tenaga dan lebih stabil. Keadaan yang memerlukan tenaga paling sedikit untuk dikekalkan selalu dicari, apa yang panas menyejuk, apa yang sangat tinggi jatuh, dll.
Perkara itu rumit ketika memerhatikan molekul-molekul yang berada di lapisan dangkal air. Molekul-molekul ini tidak dikelilingi sepenuhnya oleh molekul lain. Mereka hanya mendapat kekuatan dari satu pihak, tetapi tidak dari sisi lain. Untuk menyelesaikan masalah ini, molekul mereposisi diri mereka berusaha mencari bentuk untuk meminimumkan luas permukaan yang mereka duduki. Untuk jumlah yang sama, badan geometri dengan luas permukaan terkecil ialah sfera.
Atas semua alasan ini, titisan air terbentuk ketika air dituangkan ke dalam bentuk bulat atau sfera. Ini juga merupakan sebab mengapa objek yang mempunyai jisim sedikit dan lebih padat daripada air (seperti serangga tukang sepatu) dapat mengapung, kerana permukaan air cenderung tidak putus untuk membenarkan badan asing masuk.
Ketegangan permukaan air lebih tinggi daripada cecair lain kerana geometri molekulnya bersudut dan menyebabkan lebih banyak daya wujud.
Mengapa titisan hujan berbentuk seperti air mata?
Setelah menerangkan sebab mengapa titisan air terbentuk, inilah saatnya untuk menjelaskan mengapa titisan ini mengambil bentuk air mata ketika jatuh dari langit semasa hujan.
Biasanya setitis air mata berbentuk titisan digambarkan. Namun, kecuali tetesan ini jatuh di tingkap, ia tidak mempunyai bentuk yang serupa. Air hujan kecil mempunyai jejari kurang dari satu milimeter dan berbentuk bulat. Yang terbesar berbentuk roti hamburger apabila mencapai nilai radius lebih besar daripada 4,5 mm. Apabila ini terjadi, tetesan-tetesan itu berubah menjadi parasut dengan tiub air di sekitar pangkal dan menyebar ke tetesan yang lebih kecil.
Perubahan bentuk titisan air ini disebabkan oleh ketegangan dua daya yang bertindak serentak. Yang pertama adalah ketegangan permukaan yang dilihat sebelumnya dan yang kedua adalah tekanan udara, lapisan untuk mendorong pangkal titisan ke atas ketika jatuh. Ketika setetes air lebih kecil, tegangan permukaan memberikan kekuatan yang lebih besar daripada tekanan udara, sehingga tetes itu berbentuk bola. Ketika ukuran tetes air meningkat, kecepatan penurunannya meningkat, sedemikian rupa sehingga kekuatan dengan tekanan udara bertindak terhadap penurunan air. Ini menyebabkan penurunan menjadi lebih rata dan kemurungan terbentuk di dalamnya.
Apabila jejari penurunan melebihi 4 mm, kemurungan di tengah penurunan meningkat sedemikian rupa sehingga terbentuk beg dengan cincin air di atas dan dari titisan besar ini beberapa yang kecil terbentuk.
Dengan maklumat ini, anda akan dapat mengetahui sedikit lebih banyak mengenai titisan air dan mengapa bentuknya ada ketika berada di tempat yang berbeza. Kini anda dapat melihat melalui tingkap dengan pengetahuan yang lebih besar mengenai elemen yang memberi kita kehidupan.