Z pewnością kiedykolwiek patrzyłeś na deszcz, zdziwiony i zdumiony sposobem, w jaki spadają na niego krople deszczu. Krople, które zawsze przypominają okrągłe lub owalne kształty i na własne oczy widzisz, jak spadają, jakby były igłami. Jakie tajemnice kryją się za powstawaniem kropel wody? Co kryje się pod powierzchnią drobnych kropelek wody i dlaczego tworzą się kropelki wody?
Jeśli chcesz rozszyfrować wszystkie te zagadki i wątpliwości, czytaj dalej 🙂
Kropla wody
Woda jest najpowszechniejszym pierwiastkiem występującym na powierzchni ziemi. Dzięki wodzie może się rozwijać znane nam życie. Gdyby nie ona, nie byłoby rzek, jezior, mórz ani oceanów. Co więcej, nie mogliśmy żyć ponieważ w 70% składamy się z wody.
Wodę można znaleźć we wszystkich trzech stanach: stałym (w postaci lodu), ciekłym (woda) i gazowym (para wodna). Jego zmiana stanu zależy całkowicie od temperatury i ciśnienia. Kiedy ciepło jest dostarczane do lodu, jego energia zwiększa wibracje cząsteczek wody w środku i zaczyna się topić. Jeśli to ciepło będzie się utrzymywać, cząsteczki rozdzielą się tak bardzo, że zamienią się w gaz. Para wodna to tylko małe kropelki wody. Ale ...
Dlaczego powstają krople wody?
Kiedy wskazujemy cząsteczki tworzące wodę, nadamy jej okrągły kształt podobny do kulek, które są utrzymywane razem przez wibracje i obracanie. Gdyby tak było, dlaczego rozlana woda nie rozprzestrzenia się na grubość pojedynczej cząsteczki? Dzieje się tak z powodu tego, co się nazywa napięcie powierzchniowe. Dzięki napięciu powierzchniowemu, które istnieje między molekułami, możemy sprawić, że igła będzie unosić się na szkle lub szewskie owady będą chodzić po wodzie.
Aby to zrozumieć, musisz wiedzieć, co dzieje się w cieczy. Woda składa się z cząsteczek, a te z kolei są atomami. Każdy atom ma ładunki dodatnie (protony) i ujemne (elektrony) i mają one jedną lub drugą postać, w zależności od rodzaju tworzonej cząsteczki. Czasami powłoka elektronów przyciąga się bardziej, a czasami protony i elektrony. Dlatego wiemy, że istnieją siły przyciągania i odpychania.
Kiedy obserwujemy cząsteczkę wewnątrz cieczy, możemy zobaczyć, jak jest ona całkowicie otoczona przez więcej cząsteczek i gdzie wszystkie istniejące siły międzycząsteczkowe wzajemnie się znoszą. Gdyby jeden strzelał w lewo, drugi strzelałby w prawo z tą samą intensywnością, więc wzajemnie się znoszą. To sprawia, że cząsteczki mają mniej energii i są bardziej stabilne. Zawsze poszukuje się stanu, który kosztuje najmniej energii do utrzymania, co jest gorące, ochładza się, a co jest bardzo wysokie spada itp.
Sprawa komplikuje się przy obserwacji cząsteczek znajdujących się w powierzchownej warstwie wody. Te cząsteczki nie są całkowicie otoczone innymi cząsteczkami. Otrzymują siłę tylko z jednej strony, ale nie z drugiej. Aby rozwiązać ten problem, cząsteczki zmieniają położenie, próbując znaleźć kształt, aby zminimalizować zajmowaną powierzchnię. Dla tej samej objętości bryłą geometryczną o najmniejszej powierzchni jest kula.
Z tych wszystkich powodów krople wody powstają, gdy woda jest wlewana w kształt koła lub kuli. Jest to również powód, dla którego obiekty o małej masie i gęstsze od wody (takie jak owady szewskie) mogą unosić się, ponieważ powierzchnia wody ma tendencję do nie łamać, aby umożliwić wejście ciała obcego.
Napięcie powierzchniowe wody jest wyższe niż w innych cieczach, ponieważ geometria jej cząsteczek jest kanciasta i powoduje, że istnieje więcej sił.
Dlaczego krople deszczu mają kształt łzy?
Po wyjaśnieniu, dlaczego powstają krople wody, czas wyjaśnić, dlaczego te krople przybierają kształt łzy, gdy spadają z nieba podczas deszczu.
Zwykle przedstawia się kroplę wody w kształcie łzy. Jeśli jednak te krople nie spadną na okno, nie ma ono podobnego kształtu. Małe krople deszczu promieniu mniejszym niż milimetr i mają kształt kulisty. Te największe przybierają kształt bułek hamburgerowych, gdy osiągają promień większy niż 4,5 mm. Kiedy tak się dzieje, kropelki odkształcają się w spadochron z rurką wody wokół podstawy i rozchodzą się na mniejsze kropelki.
Ta zmiana kształtu kropelek wody wynika z naprężenia dwóch sił działających jednocześnie. Pierwsza to poprzednio widziane napięcie powierzchniowe, a drugie to ciśnienie powietrza, warstwa, aby popchnąć podstawę spadku w górę. Gdy kropla wody jest mniejsza, napięcie powierzchniowe wywiera większą siłę niż ciśnienie powietrza, tak że kropla przyjmuje kształt kuli. Wraz ze wzrostem wielkości kropli wody rośnie prędkość, z jaką spada, w taki sposób, że rośnie siła z jaką ciśnienie powietrza oddziałuje na kroplę wody. Powoduje to, że kropla staje się bardziej spłaszczona i tworzy się w niej wgłębienie.
Gdy promień spadku przekracza 4 mm, zagłębienie w środku spadku zwiększa się w taki sposób, że tworzy torba z pierścieniem wodnym na górze iz tej dużej kropli powstaje kilka małych.
Dzięki tym informacjom będziesz mógł dowiedzieć się więcej o kroplach wody i dlaczego mają taki kształt, gdy znajdują się w różnych miejscach. Teraz możesz spojrzeć przez okno z większą wiedzą o żywiole, który daje nam życie.