Sikkert har du noen gang stirret på regnet, forundret og overrasket over hvordan regndråpene faller på den. Dråper som alltid ligner sirkulære eller ovale former, og som du personlig ser dem falle som om de var nåler. Hvilke mysterier ligger bak dannelsen av vanndråper? Hva er skjult under overflaten av små vanndråper og hvorfor dannes vanndråper?
Hvis du vil tyde alle disse gåtene og tvilen, fortsett å lese 🙂
En dråpe vann
Vann er det vanligste elementet som finnes på jordoverflaten. Takket være vann kan livet som vi kjenner det utvikle seg. Hvis ikke for henne, ville det ikke være elver, innsjøer, hav eller hav. Hva mer, vi kunne ikke leve siden vi består av 70% vann.
Vann kan bli funnet i alle tre tilstandene: fast (i form av is), væske (vann) og gass (vanndamp). Dens tilstandsendring avhenger helt av temperatur og trykk. Når varme tilføres is, øker energien vibrasjonene i vannmolekylene i den, og den begynner å smelte. Hvis denne varmen fortsetter, vil partiklene skille seg så mye at de blir til gass. Vanndamp de er bare små dråper med vann. Men ...
Hvorfor dannes vanndråper?
Når vi peker på molekylene som utgjør vann, gjør vi det til en sirkulær form som ligner på kuler som holdes sammen ved å vibrere og rotere. Hvis dette var slik, hvorfor når sølt vann ikke sprer seg til tykkelsen på et enkelt molekyl? Dette skjer på grunn av det som kalles overflatespenning. Takket være overflatespenningen som eksisterer mellom molekylene, kan vi få en nål til å flyte på toppen av et glass, ellers kan skomakerinsektene gå gjennom vannet.
For å forstå dette, må du vite hva som skjer inne i væsken. Vann består av molekyler, og disse er igjen atomer. Hvert atom har positive ladninger (protoner) og negative ladninger (elektroner), og de har en eller annen form, avhengig av hvilken type molekyl de danner. Noen ganger tiltrekker elektronskallet hverandre mer, og noen ganger protonene og elektronene. Derfor vet vi at det er krefter for tiltrekning og frastøtelse.
Når vi ser på et molekyl inne i væsken, kan vi se hvordan det er fullstendig omgitt av flere molekyler, og hvor alle de intermolekylære kreftene som eksisterer avbryter hverandre. Hvis den ene skulle skyte til venstre, ville den andre skyte til høyre med samme intensitet, så de avbryter hverandre. Dette gjør at molekylene har mindre energi og er mer stabile. Den staten som koster minst energi å opprettholde, blir alltid søkt, det som er varmt, kjøler seg ned, det som er veldig høyt faller osv.
Saken er komplisert når man observerer molekylene som er i det overflatiske laget av vannet. Disse molekylene er ikke helt omgitt av andre molekyler. De får bare styrke fra den ene siden, men ikke fra den andre. For å løse dette problemet, omplasserer molekylene seg og prøver å finne en form for å minimere overflatearealet de okkuperer. For samme volum, den geometriske kroppen med det minste overflatearealet er sfæren.
Av alle disse grunnene dannes vanndråper når vannet helles i en sirkulær eller kuleform. Dette er også grunnen til at gjenstander som har liten masse og er tettere enn vann (som skomakerinsekter) kan flyte, siden vannoverflaten har en tendens til å ikke bryte for å la fremmedlegemer komme inn.
Overflatespenningen i vann er høyere enn i andre væsker siden geometrien til molekylene er vinklet og får flere krefter til å eksistere.
Hvorfor er regndråper formet som en dråpe?
Etter å ha forklart årsaken til at det dannes vanndråper, er det på tide å forklare hvorfor disse dråpene har form av en tåre når de faller ned fra himmelen under regnet.
Vanligvis er en dråpeformet dråpe vann avbildet. Imidlertid, med mindre disse dråpene faller på et vindu, har den ikke lignende form. Små regndråper har en radius på mindre enn en millimeter og har sfærisk form. De største har form av hamburgerboller når de når radiusverdier større enn 4,5 mm. Når dette skjer forvrenger dråpene seg i en fallskjerm med et rør med vann rundt basen og sprer seg ut i mindre dråper.
Denne endringen i formen til vanndråpene skyldes resultatet av spenningen til to krefter som virker samtidig. Den første er den tidligere sett overflatespenningen og den andre er lufttrykket, lag for å skyve bunnen av dråpen oppover når den faller. Når vanndråpen er mindre, utøver overflatespenningen en større kraft enn lufttrykkets, slik at dråpen får form av en kule. Når størrelsen på vanndråpen øker, øker hastigheten med hvilken den faller, på en slik måte at også kraften som lufttrykket virker på vanndråpet øker. Dette fører til at dråpen blir mer flat og en depresjon dannes inni den.
Når fallradien overstiger 4 mm, øker depresjonen i sentrum av dråpen på en slik måte at den dannes en pose med vannring på toppen og fra denne store dråpen dannes flere små.
Med denne informasjonen vil du kunne lære litt mer om vanndråper og hvorfor de har den formen når de er forskjellige steder. Nå kan du se gjennom vinduet med større kunnskap om elementet som gir oss liv.