Напевно ви коли-небудь дивились на дощ, спантеличені та вражені тим, як на нього падають краплі дощу. Краплі, які завжди нагадують кругові або овальні форми, і що, власне, ви бачите, як вони падають так, ніби вони були голками. Які таємниці криються в утворенні крапель води? Що ховається під поверхнею крихітних крапель води і чому утворюються краплі води?
Якщо ви хочете розшифрувати всі ці загадки та сумніви, продовжуйте читати 🙂
Крапля води
Вода - найпоширеніший елемент, який існує на земній поверхні. Завдяки воді життя, яке ми знаємо, може розвиватися. Якби не вона, не було б річок, озер, морів чи океанів. Більше того, ми не могли жити оскільки ми складаємось на 70% з води.
Вода може знаходитися у всіх трьох станах: твердому (у вигляді льоду), рідкому (вода) та газі (водяна пара). Його зміна стану повністю залежить від температури та тиску. Коли тепло надходить до льоду, його енергія збільшує вібрації молекул води всередині нього, і він починає танути. Якщо це тепло продовжуватиметься, то частинки настільки відокремляться, що перетворяться на газ. Водяна пара це лише маленькі крапельки води. Але ...
Чому утворюються краплі води?
Коли ми вказуємо на молекули, з яких складається вода, ми робимо її круглою формою, подібною до куль, які утримуються разом за допомогою вібрації та обертання. Якби це було так, чому, коли вода розливається, вона не поширюється на товщину однієї молекули? Це відбувається через те, що називається поверхневе натягнення. Завдяки поверхневому натягу, який існує між молекулами, ми можемо змусити голку плавати поверх склянки або комахи-швець можуть ходити по воді.
Щоб це зрозуміти, потрібно знати, що відбувається всередині рідини. Вода складається з молекул, а це, в свою чергу, є атомами. Кожен атом має позитивні заряди (протони) і негативні заряди (електрони), і вони мають ту чи іншу форму, залежно від типу молекули, яку вони утворюють. Іноді електронну оболонку більше притягують один до одного, а інший раз протони та електрони. Тому ми знаємо, що існують сили притягання та відштовхування.
Коли ми розглядаємо молекулу всередині рідини, ми можемо побачити, як вона повністю оточена більшою кількістю молекул і де всі існуючі міжмолекулярні сили виключають одна одну. Якби один стріляв ліворуч, інший стріляв би праворуч з однаковою інтенсивністю, тому вони анулювали один одного. Це робить молекули наявними менше енергії і є більш стабільними. Завжди шукається стан, який витрачає найменше енергії на підтримку, що гаряче охолоджується, що дуже сильно падає і т.д.
Річ ускладнюється при спостереженні молекул, що знаходяться в поверхневому шарі води. Ці молекули не повністю оточені іншими молекулами. Вони отримують силу лише з одного боку, але не з іншого. Щоб вирішити цю проблему, молекули переставляються, намагаючись знайти форму, щоб мінімізувати площу поверхні, яку вони займають. Для того ж обсягу, геометричним тілом з найменшою площею поверхні є сфера.
З усіх цих причин краплі води утворюються, коли вода виливається у круглу або сферичну форму. Це також причина, чому предмети, що мають малу масу і щільніші за воду (наприклад, комарі-комахи), можуть плавати, оскільки поверхня води має тенденцію до не ламати, щоб проникнути чужорідне тіло.
Поверхневий натяг у воді вищий, ніж у інших рідинах, оскільки геометрія її молекул кутова і спричиняє існування більше сил.
Чому краплі дощу мають форму сльози?
Як тільки причина утворення крапель води, настав час пояснити, чому ці краплі приймають форму сльози, коли падають з неба під час дощу.
Зазвичай зображують краплеподібну краплю води. Однак, якщо ці краплі не потрапляють на вікно, воно не має подібної форми. Дрібні краплі дощу мають радіус менше міліметра і мають сферичну форму. Найбільші приймають форму булочок з гамбургерами, коли вони досягають значень радіусів більше 4,5 мм. Коли це трапляється, краплі спотворюються у парашуті з трубкою води навколо основи і розповзаються на менші крапельки.
Ця зміна форми крапель води зумовлена результатом натягу двох сил, що діють одночасно. Перший - це поверхневий натяг до побаченого, а другий - тиск повітря, шар, щоб підштовхнути основу краплі вгору, коли вона падає. Коли крапля води менша, поверхневий натяг надає більшу силу, ніж тиск повітря, так що крапля набуває форми кулі. Зі збільшенням розміру краплі води збільшується швидкість, з якою вона падає, таким чином, що збільшується сила, з якою тиск повітря діє на краплю води. Це призводить до того, що крапля стає більш сплющеною, і всередині неї утворюється западина.
Коли радіус краплі перевищує 4 мм, поглиблення в центрі краплі збільшується таким чином, що утворюється мішок з водяним кільцем зверху і з цієї великої краплі утворюється кілька дрібних.
За допомогою цієї інформації ви зможете дізнатись трохи більше про краплі води та чому вони мають таку форму, коли вони знаходяться в різних місцях. Тепер ви можете дивитись у вікно з більшими знаннями про елемент, який дає нам життя.