Ученые объяснили, почему капли дождя разные

Ранее ученые считали, что по мере приближения к земле капли сталкиваются друг с другом, и именно эти столкновения порождают огромное разнообразие их размеров.

Однако, как указывает автор нового исследования Эммануэль Виллермо из Марсельского университета, в этой идеи всегда были нестыковки. «Капли сталкиваются друг с другом не так часто, — сказал он. — Настоящие капли летят на значительном расстоянии друг от друга, поэтому капля чаще всего будет лететь сама по себе и со своими соседями никогда не встретится. Поэтому мы и решили посмотреть, что же происходит на уровне одной единственной капли».

При помощи высокоскоростной видео-камеры Вилермо с коллегами засняли падение одной капли воды — диметром примерно 6 мм. Крупная, шарообразная капля при падении стала принимать плоскую форму, а затем изогнулась и приняла форму купола парашюта.

«Купол» раздулся и разлетелся на множество мелких капелек – все это произошло в течение 0,06 секунды. Капли оказались слишком крупными и тяжелыми, чтобы долететь до земли в неповрежденном виде.

Каждая крупная тяжелая капля по мере падения ускоряется и по пути вниз «вытесняет молекулы воздуха», создавая таким образом сопротивление воздуха.

На определенной скорости количество молекул воздуха и потому плотность сопротивления начинает превышать натяжение водной поверхности, и капля начинает деформироваться.

«При разрыве образуются капельки точно такие же, как и капли дождя», — говорит доктор Виллермо. — Таким образом, мы получили точное объяснение их распределения и размеров.

Доктор Юэн О’Коннор из университета британского города Рединг считает исследование своих французских коллег интересным способом описания процесса формирования дождя, но в то же время говорит, что «в Британии ситуация несколько иная, так как у нас дождь с такими крупными каплями – явление редкое».

«Когда капли достигают определенного размера, они непременно лопаются. И происходит это чаще в тропиках», — говорит ученый.

Кроме того, описанный процесс никак не объясняет процесс формирования мелкого моросящего дождя, в котором капли значительно меньше по размеру, но зато их намного больше.

Напомним, ранее ученые Гарвардского университета установили, что дождевые капли разбиваются еще до того, как ударятся об землю. Исследователи смоделировали на компьютере физические процессы, которые происходят при падении капель.

Расчеты показали, что перед тем, как разбиться, капля истончается. Считалось, что при контакте с поверхностью в сформировавшемся блине начинаются вибрации, которые вызывают образование характерной короны.

Авторы исследования рассчитывали поведение капель, принимая во внимание такие параметры как давление воздуха и поверхностное натяжение в капле. Они установили, что «стандартная» капля при падении сдавливает находящийся под ней воздух, и за несколько микросекунд до удара между каплей и поверхностью создается воздушная подушка. Именно «удар» о подушку вызывает сплющивание и разрушение капли. За стандарт ученые брали каплю диаметром около двух миллиметров, которая движется со скоростью несколько метров в секунду.

Исследователи отмечают, что процесс разрушения падающих капель изучен очень слабо. Практическая польза от исследования этого явления может заключаться, например, в разработке поверхностей, предотвращающих разбрызгивание.