Chắc chắn bạn đã từng nhìn chằm chằm vào cơn mưa, bối rối và ngạc nhiên trước cách những hạt mưa rơi xuống nó. Những giọt nước luôn có dạng hình tròn hoặc hình bầu dục và khi nhìn trực tiếp, bạn sẽ thấy chúng rơi như thể những mũi kim. Những bí ẩn nào đằng sau sự hình thành của những giọt nước? Điều gì ẩn dưới bề mặt của những giọt nước li ti và tại sao những giọt nước lại hình thành?
Nếu bạn muốn giải mã tất cả những bí ẩn và nghi ngờ này, hãy tiếp tục đọc 🙂
Một giọt nước
Nước là nguyên tố phổ biến nhất tồn tại trên bề mặt trái đất. Nhờ có nước, sự sống như chúng ta biết có thể phát triển. Nếu không có cô ấy, sẽ không có sông, hồ, biển hay đại dương. Hơn nữa, chúng tôi không thể sống vì chúng ta được tạo thành từ 70% là nước.
Nước có thể được tìm thấy ở cả ba trạng thái: rắn (ở dạng nước đá), lỏng (nước) và khí (hơi nước). Sự thay đổi trạng thái của nó hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Khi tác dụng nhiệt lên nước đá, năng lượng của nó làm tăng dao động của các phân tử nước bên trong nó và nó bắt đầu tan chảy. Nếu nhiệt này tiếp tục, các hạt sẽ tách ra nhiều và chúng sẽ biến thành khí. Hơi nước chúng chỉ là những giọt nước nhỏ. Nhưng ...
Tại sao những giọt nước được hình thành?
Khi chúng ta chỉ ra các phân tử tạo nên nước, chúng ta sẽ biến nó thành một hình tròn tương tự như những quả bóng được giữ lại với nhau bằng cách rung và quay. Nếu điều này là như vậy, tại sao khi nước bị đổ, nó không lan ra độ dày của một phân tử? Điều này xảy ra vì những gì được gọi là sức căng bề mặt. Nhờ sức căng bề mặt tồn tại giữa các phân tử, chúng ta có thể làm cho một cây kim nổi trên mặt kính hoặc côn trùng thợ đóng giày có thể đi xuyên qua mặt nước.
Để hiểu điều này, bạn cần biết những gì đang diễn ra bên trong chất lỏng. Nước được tạo thành từ các phân tử và những nguyên tử này đến lượt mình. Mỗi nguyên tử có điện tích dương (proton) và điện tích âm (electron) và chúng có dạng này hoặc dạng khác, tùy thuộc vào loại phân tử mà chúng đang hình thành. Đôi khi lớp vỏ electron thu hút nhau nhiều hơn, và đôi khi cả các proton và electron. Do đó, chúng ta biết rằng có lực hút và lực đẩy.
Khi chúng ta nhìn vào một phân tử bên trong chất lỏng, chúng ta có thể thấy nó được bao quanh hoàn toàn bởi nhiều phân tử hơn và nơi mà tất cả các lực giữa các phân tử tồn tại triệt tiêu lẫn nhau. Nếu một người bắn sang trái, người kia bắn sang phải với cùng cường độ, vì vậy chúng triệt tiêu lẫn nhau. Điều này làm cho các phân tử có ít năng lượng hơn và ổn định hơn. Luôn luôn tìm kiếm trạng thái tiêu tốn ít năng lượng nhất để duy trì, trạng thái nóng sẽ nguội đi, trạng thái rơi xuống rất cao, v.v.
Điều phức tạp khi quan sát các phân tử nằm ở lớp bề mặt của nước. Các phân tử này không được bao bọc hoàn toàn bởi các phân tử khác. Họ chỉ nhận được sức mạnh từ một phía, nhưng không nhận được từ phía khác. Để khắc phục vấn đề này, các phân tử tự định vị lại chúng cố gắng tìm ra hình dạng để giảm thiểu diện tích bề mặt mà chúng chiếm giữ. Đối với cùng một khối lượng, thể hình học có diện tích bề mặt nhỏ nhất là hình cầu.
Vì tất cả những lý do này, các giọt nước được hình thành khi đổ nước có dạng hình tròn hoặc hình cầu. Đây cũng là lý do tại sao những vật có khối lượng nhỏ và đặc hơn nước (chẳng hạn như côn trùng cobbler) có thể nổi, vì bề mặt của nước có xu hướng không được phá vỡ để cho dị vật xâm nhập.
Sức căng bề mặt trong nước cao hơn trong các chất lỏng khác vì hình học của các phân tử của nó là góc và gây ra nhiều lực hơn.
Tại sao hạt mưa lại có hình giọt nước?
Sau khi giải thích lý do tại sao giọt nước được hình thành, đã đến lúc giải thích tại sao những giọt nước này lại có hình dạng như giọt nước mắt khi chúng rơi xuống từ bầu trời trong cơn mưa.
Thông thường người ta mô tả một giọt nước hình giọt nước. Tuy nhiên, trừ khi những giọt này rơi xuống cửa sổ, nếu không nó không có hình dạng tương tự. Hạt mưa nhỏ có bán kính nhỏ hơn một mm và có dạng hình cầu. Những cái lớn nhất có hình dạng của bánh hamburger khi chúng đạt đến giá trị bán kính lớn hơn 4,5 mm. Khi điều này xảy ra, các giọt biến dạng thành một chiếc dù với một ống nước xung quanh đế và lan ra thành những giọt nhỏ hơn.
Sự thay đổi hình dạng của giọt nước là do lực căng của hai lực tác dụng đồng thời. Đầu tiên là sức căng bề mặt trước khi nhìn thấy và thứ hai là áp suất không khí, lớp để đẩy đế của giọt lên khi nó rơi xuống. Khi giọt nước nhỏ hơn, sức căng bề mặt tác dụng một lực lớn hơn áp suất không khí, để giọt nước có dạng hình cầu. Khi kích thước của giọt nước tăng lên, tốc độ rơi của nó tăng lên, theo cách đó, lực mà áp suất không khí tác dụng lên giọt nước cũng tăng theo. Điều này làm cho sự sụt giảm trở nên phẳng hơn và hình thành một vết lõm bên trong nó.
Khi bán kính của giọt vượt quá 4 mm, chỗ lõm ở trung tâm của giọt sẽ tăng theo cách mà nó hình thành một cái túi có vòng nước trên đầu và từ sự sụt giảm lớn này, một số giọt nhỏ được hình thành.
Với thông tin này, bạn sẽ có thể biết thêm một chút về những giọt nước và tại sao chúng có hình dạng đó khi chúng ở những nơi khác nhau. Bây giờ bạn có thể nhìn qua cửa sổ với kiến thức sâu rộng hơn về nguyên tố mang lại sự sống cho chúng ta.