Физика капли

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Какую форму имеет дождевая капля? Наверное, каплеобразную, закругленную спереди и заостренную сзади. Так ли это? Когда вы будете пить чай, капните в стакан варенья. Падающая в воде капля варенья будет моделью дождевой капли, падающей в воздухе. Но вопреки ожиданиям капля варенья будет скорее похожа на опускающуюся плашмя лепешку.

Вы можете усложнить опыт: очень хорошо наблюдать крупные капли воды, падающие в керосине. И там капли примут ту же форму — лепешки. Форма капли образуется под действием двух сил, борющихся на поверхности капли: поверхностного натяжения и аэродинамического давления. Поверхностное натяжение стремится стянуть каплю в шарик. Действие аэродинамических сил более сложно. Падающая в неподвижном воздухе капля как бы обдувается встречным потоком воздуха. Струйка воздуха, направленная в середину капли, давит на каплю в лоб. Струйки воздуха, обтекающие каплю с боков, сужаются. По закону Бернулли, по бокам капли образуется разрежение. Сзади капли образуются вихри. Здесь тоже разрежение, но гораздо более слабое, чем по бокам. Таким образом, аэродинамическое давление стремится растянуть каплю в лепешку.

Почему же принято считать, что летящая капля имеет каплеобразную форму? Возможно, причина кроется в свойствах нашего сознания. Мы привыкли связывать большие скорости с красивой, вытянутой, обтекаемой каплеобразной формой. Не имея возможности разглядеть быстро летящую каплю, мы ей мысленно и придаем именно такую форму. Возможно, капая с пипетки, мы замечаем каплю только в момент отрыва, когда она еще связана с пипеткой тонким хвостом.

А что происходит с большой дождевой каплей? Почему градины могут быть величиной с яйцо, а капли дождя не могут? Возьмите стакан и подбросьте из него вверх воду метра на два. Именно подбросьте, чтобы вода летела по возможности компактной массой. Вы сможете проследить в массе воды отдельные капли величиной с куриное яйцо. Начав падать, эти капли буквально разрываются, как ракеты во время салюта. Те же силы, которые растягивают маленькую каплю, разрывают и большую.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора