Здавалося б, що може бути простіше від краплі? А виявляється, цей фізичний об’єкт теж має масу секретів.
Яка форма у краплини?
Дуже часто краплини, які падають, зображують наступним чином:
Це зображення не відповідає дійсності . Насправді, під час падіння, крапля перебуває в стані невагомості, і сили поверхневого натягу надають їй сферичну форму. Не варто забувати, що вода має достатній коефіцієнт поверхневого натягу:
σ = 72,86 · 10 -3 Н/м
Уявлення, нібито краплина має витягнутий загострений кінчик пов’язано з тим, що людина здатна розрізняти її форму лише в процесі утворення. Падає ж крапля швидко, і людина не в змозі визначити її форму:
Проте, крім сил поверхневого натягу, можуть діяти й інші сили, які теж впливають на форму краплини. Ось, що про це написано в Вікіпедії (переклад з російської):
Форма краплини визначається сукупною дією поверхневого натягу та інших зовнішніх сил (у першу чергу сили тяжіння, а при високих швидкостях – аеродинамічними силами). Мікроскопічні краплини, для яких сила тяжіння не грає визначальної ролі, мають форму кулі – тіла з мінімальною для даного обсягу поверхнею. Великі ж краплі в земних умовах мають кулясту форму тільки при рівності густин рідини краплі і навколишнього її середовища.
Дощові краплини під дією сили тяжіння, тиску зустрічного потоку повітря і поверхневого натягу приймають витягнуту форму. На незмочуваних поверхнях краплі набувають форму приплюснутих куль.
Не варто забувати, що у краплі можуть відбуватися коливання, в результаті яких по її поверхні будуть поширяться хвилі. Детальніше про це і не тільки пропоную подивитися ролик знятий в МКС, в умовах повної невагомості астронавт Дон Петтіт експериментує з краплею 130 мм в діаметрі! (російською):
Завдання
- Чому в стані невагомості і за відсутності зовнішніх подразників крапля стає кулястої?
- Чому мікроскопічної крапельці (малюнок вище, крапля ліворуч на червоному тлі) вдалося зберегти свою кулясту форму, в той час, як звичайна крапля на листочку праворуч, пріплюснулась?
- Яку форму має крапля, що падає з крану?
- Яка форма у краплі дощу?
- Визначте тиск, що створюється всередині водяної краплини з ролика з МКС силами поверхневого натягу.
- Творче.На фотографії крапля що повисла на крані. Вона сфотографована за мить до свого падіння. Визначте масу цієї краплі.
Відповіді та підказки: Красиві яскраві фотографії крапель фарби:
