какие капли дождя достигая земли имеют наименьшую скорость

Капля воды – казалось бы, разве может что-то быть проще? А ведь это действительно удивительное творение природы, изменяющееся в зависимости от внешних условий, собственных размеров, состава и ряда других параметров. Даже её форма, оказывается, может сильно отличаться от привычной. Постараемся, опираясь на науку и современнейшие данные, рассказать о ней побольше.

Самое интересное кратко

Какова форма капли?

Это зависит от объема – от идеальной сферы до формы, напоминающей купол парашюта.

Какой размер имеет дождевая капля?

Этот показатель серьезно различается – от 0,1 до 7 миллиметров.

Где выпал дождь из самых крупных капель?

В 2004 году в Бразилии и на Маршалловых островах прошел дождь, капли в котором имели диаметр до 10 миллиметров!

С какой скоростью падают капли дождя?

Она зависит от размера и может колебаться от 2 до 30 метров в секунду.

Сколько весит капля воды?

Масса одной капли воды примерно 0,03-0,05 грамма, но надо понимать, что значение может отличаться от состава а размера. Фармацевтической мерой считается капля массой 0,05 г.

Какова форма капли?

Конечно, большинство не задумываясь ответят – каплевидная, то есть, округлая внизу и вытянутая сверху. А ведь это серьезное заблуждение! На самом деле все зависит от размера капли и, соответственно, её массы.

К примеру, если брать небольшую каплю воды, около 2 миллиметров или меньше, то её размер в полете будет практически идеальной сферой. Ведь здесь действует притяжение молекул, которое направлено в центр капли. Однако форма остается такой лишь до тех пор, пока капля достаточно мала, чтобы скорость падения была небольшой и, соответственно, сопротивление воздуха сохранялось минимальным.

А вот если её диаметр увеличивается больше 2 миллиметров, то все изменяется. Силы притяжения молекул уже недостаточно, чтобы стягивать их к центру, а скорость падения и сопротивление воздуха увеличиваются. Из-за этого в нижней части создается область повышенного давления, в то время как над каплей формируется область низкого давления. Поэтому больше всего в этот момент капля похожа на купол парашюта – слегка изогнутая в центре и округлая сверху. Причем чем больше масса, тем сильнее изогнута капля в центре.

Поверхностное натяжение воды

Ещё интереснее обстоит дело, если капля увеличивается в полете – к примеру, из-за присоединения других, более мелких. При достижении размера в 7 миллиметров и больше, форма оказывается настолько изогнутой, что капля просто разрывается на две части – молекулярного притяжения уже недостаточно, чтобы удержать её целой. Поэтому обычно даже при самом сильном ливне нельзя увидеть или зафиксировать капли дождя больше 6-7 миллиметров в диаметре. Конечно, даже это бывает довольно редко. Чаще всего причиной столь крупных капель является не прошедший град. В жарком воздухе градины быстро тают и падают на землю уже не в виде льдинок, а как крупные капли воды.

Другой разговор, если речь идет о каплях, падающих не с неба, а, например, капающих из крана. Вот здесь вполне может идти разговор о той самой форме, какая привычна всем с детства «слезинка» – внизу практически идеальный шар, а вот сверху резко утончающийся хвостик. Но такой форма остается считанные мгновения – под своим весом вода оттягивается вниз, «хвостик» удерживающий её, просто рвется, и она падает вниз, в полете уже принимая форму сферы – однако все происходит настолько быстро, что человеческий глаз не успевает этого заметить.

Скорость капель в дожде

Из предыдущего вопроса вытекает новый – какой максимальной скорости может достигнуть капля во время дождя? Этот показатель зависит в первую очередь от двух факторов – размера капли и высоты, с которой она падает. При увеличении любого из них, скорость возрастает.

К примеру, если взять идеальные условия – полное отсутствие ветра и высоту на уровне моря, то капля диаметром в 0,5 миллиметра будет иметь скорость от 2 до 6,6 метров в секунду – в зависимости от высоты, с которой она падает. Если же увеличить диаметр капли в 10 раз, до 5 миллиметров, оставив прочие факторы без изменений, то скорость возрастет уже до 9-30 метров в секунду! А ведь 30 метров в секунду это уже 108 километров в час – весьма серьезная скорость! Если бы капля имела большую плотность, то легко смогла бы доставить множество проблем.

Самые крупные известные капли

Как говорилось выше, обычно максимальный диаметр капель составляет около 6-7 миллиметров – более крупные просто распадаются в воздухе. Однако природа часто создает законы только для того, чтобы их иногда нарушать. Так же обстоит дело и с каплями дождя.

Оказывается, сравнительно недавно, в 2004 году на Маршалловых островах и в Бразилии лил дождь, в котором капли имели размер до 10 миллиметров! Как это возможно и почему они не разорвались в полете, как это бывает обычно? Все дело в плотности. Шел настолько сильный дождь, что стоило только каплям разорваться на более мелкие, как они в свою очередь объединялись с другими, снова достигая невероятного размера.

Вода и капля в невесомости

Но, стоит отметить, что здесь и выше речь идет исключительно о нормальных условиях. А какой может быть размер капли в невесомости? Оказывается – практически любой! Ведь здесь нет никакого давления, ничто не пытается расплющить каплю или разорвать на части. Зато поверхностное натяжение никуда не денется – оно по-прежнему будет удерживать форму воды. Так что, если вылить в невесомости литр воды, не позволяя ему прикоснуться к какой-либо поверхности, он замрет в воздухе, сохраняя форму сферы. Но стоит только задеть её пальцем, как капля распределится по всей ладони, руке или даже телу, пытаясь минимизировать площадь поверхности.

А как же свинец?

Однако здесь стоит учитывать, что свинец и вода имеют совершенно разную плотность – 11,3 г/см3 против 1 г/см3 соответственно. Поэтому и молекулярные связи в металле значительно сильнее. Как результат – с большой высоты могут падать капли расплавленного свинца диаметром около 5 миллиметров, и при этом они будут сохранять форму шара. Неслучайно для изготовления дроби использовались специальные дроболитейные башни высотой в несколько десятков метров – падая капли принимали нужную форму и в таком виде падали в жидкость (это не вода, как думают некоторые, а мыльный раствор с примесью керосина), моментально охлаждаясь и сохраняя форму.

Капля в фармацевтике

Мало кто задумывается, а ведь капля – это не просто небольшая частица воды или другой жидкости. Это ещё и довольно точная измерительная единица. По крайней мере, фармацевты успешно используют её для проведения расчетов. Когда речь идет о водных растворах, то одна капля равняется 0,05 миллилитра. А если говорить про спиртовые капли, то её объем значительно уменьшается – до 0,025 миллилитра. Чаще всего единица измерения используется в случаях, когда идет речь про жидкие лекарственные препараты, например, капли для носа.

Источник

Дождь

Из любого водоема испаряется вода — с поверхности морей, рек и прудов. Испаряется она и из луж, и с листьев деревьев, и даже с поверхности нашего тела, особенно когда мы потеем. Вместе с потоками теплого воздуха водяной пар поднимается все выше и выше. Чем дальше от земли, тем воздух становится холоднее, поэтому происходит обратный испарению процесс — конденсация, то есть переход воды из газообразного состояния (пара) в жидкое (собственно воду). Вначале образуются мельчайшие капельки, подвешенные в воздухе, — это облака, возникновение которых далеко не всегда приводит к дождю.

Обычно ветер уносит облака далеко от тех мест, где они образовались. Если облако попадает в поток более теплого воздуха, капельки снова превращаются в пар. Но если холодного воздуха много, капли постепенно увеличиваются в размерах, одновременно опускаясь под действием своей тяжести. Эго уже не легкое белое облачко — это серая и тяжелая дождевая туча.

Когда водяные капли становятся достаточно большими, они падают вниз, по пути сливаясь со встреченными маленькими капельками. От того, с какой скоростью растут капли, зависит сила дождя, который проливается из тучи. Капельки имеют одинаковую форму, но их размер может изменяться от 0,5 до 6 мм в диаметре. Капли меньших размеров относят к мороси.

Интенсивность дождей в значительной степени зависит от региона: так как в жарком климате поверхность земли нагревается быстрее и сильнее, это вызывает более мощный поток поднимающегося водяного пара.

Осенью и зимой довольно часто с неба падают вперемешку дождь и снег. Это случается при оттепелях, когда температура воздуха у поверхности земли выше нуля, и снежинки, образовавшиеся в верхних слоях атмосферы, попадая в теплый слой воздуха, начинают таять. В результате с неба падают и капли дождя, и не успевшие растаять снежинки, а на земле вместо красивого белого ковра лежит мокрая грязная каша.

Почему в лужах появляются пузыри?

Пузыри на воде во время дождя образуются при ударе падающих дождевых капель о воду, когда под пленку воды, выплескиваемой наверх, попадает воздух. Он-то и создает пузыри, оболочка которых существует за счет сцепления молекул воды между собой. Чтобы пузыри были достаточно крупными и хорошо заметными и к тому же способными сохраняться на поверхности воды достаточно долго, капли дождя должны сами быть большими. Крупные капли бывают при ливнях. Ливневый дождь очень сильный, но короткий.

Источник

Дождь — это …

Дождь (далее возможно Д.) вызывает у нас самые разнообразные воспоминания и ассоциации. Кто-то смотрит на небо, и его рука тянется к зонтику, а кто-то романтично улыбается от нахлынувших воспоминаний …

Дождь — это …

В сказаниях некоторых народов первый весенний дождь называют Живой водой. В некоторых регионах Земли все живое существует только благодаря дождям. Дождь один из ключевых элементов такого жизненно важного для всей планеты процесса как КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ → .

Как оказывается не любую воду падающую с неба можно назвать дождём. Важным условием определяющим дождь как дождь является размер капель. Капли должны быть не менее 0,5 мм. Если же капли менее 0,5 мм то это не дождь, а морось.

Несколько точных определений «дождя»

Научно-технический энциклопедический словарь

Дождь — капли воды, падающие из атмосферы Земли на ее поверхность, в отличие от ТУМАНА или РОСЫ, которые оседают как взвесь, и снега или ГРАДА, выпадающих в форме частичек льда. ТУЧИ — это множество мельчайших капелек влаги, которые, увеличиваясь затем вследствие КОНДЕНСАЦИИ, образуют дождевые капли. Перемещающиеся над морем теплые воздушные массы поглощают водяной пар и поднимаются с тепловыми потоками. Водяной пар, конденсируясь, образует тучи, с учетом, что обычно средняя годовая сумма осадков на наветренных склонах гор больше в сравнении с подветренными. Количество осадков измеряется с помощью ДОЖДЕМЕРА. см. также ОСАДКИ.

Научно-технический энциклопедический словарь

География. Современная иллюстрированная энциклопедия

Дождь — жидкие осадки, выпадающие из облаков в виде капель диаметром 0,5 мм и больше. Следует отличать дождь от мороси, имеющей меньшие размеры капель. Во внетропических широтах дожди чаще образуются при таянии ледяных кристаллов, выпадающих из облаков (на таких кристаллах в облаках конденсируется и намерзает водяной пар). В тропиках дожди нередко выпадают и из тёплых, чисто водных облаков, в которых нет ледяных кристаллов, – там рост дождевых капель происходит в основном за счёт слияния (коагуляции) мелких капель в более крупные. Различают обложные и ливневые дожди. Обложные дожди выпадают только во внетропических широтах, из облаков на атм. фронтах либо вблизи центра циклона в период от нескольких часов до суток. Для них характерна умеренная и довольно равномерная по времени интенсивность, однако в сумме обложные дожди приносят значительную долю осадков в умеренных широтах. Ливневые дожди выпадают из кучево-дождевых облаков, формирующихся как на холодных фронтах, так и вне их (в последнем случае они называются внутримассовыми). Наблюдаются на всех широтах Земли, кроме приполярных областей. В тропиках все дожди ливневые, выпадающие либо из внутримассовых кучево-дождевых облаков, либо при прохождении тропических циклонов. Для ливневых дождей типично быстрое нарастание интенсивности в начале и быстрое прекращение в конце, высокая общая интенсивность, относительно небольшая продолжительность. Нередко ливневые дожди сопровождаются грозами. Сильные и/или продолжительные дожди могут стать причиной стихийных бедствий (наводнения, оползни, сели, снежные лавины и др.). Длительное отсутствие дождей, наоборот, вызывает засуху, может способствовать лесным пожарам, фотохимическому смогу и др. неблагоприятным явлениям.

География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина. 2006

Форма дождевой капли

Дождевая капля, вопреки общепринятому мнению, не имеет формы «слезы». Форма в зависимости от размера капли меняется от идеальной сферы у малых капель, к приплюснутым у крупных. Форма же капель среднего размера напоминает в какой то степени булочку для гамбургера, парашют или медузу без щупалец.

Как образуется дождь

Кратко алгоритм образования дождя такова. Вода в процессе испарения превращается в пар. В результате чего, влажный воздух, поднимается вверх и образует облака, из которых, в силу определенных процессов и выпадает дождь.

Дождевые облака

Облака, из которых идет Д., называют «дождевыми». Дождевые облака – это облака, у которых капли воды, в результате таких процессов как конденсация, сублимация и коагуляция, укрупнились и под воздействием силы тяжести готовы выпасть на землю в виде осадков. Ключевую роль в этом процессе играет коагуляция. Как правило, однородные по своей структуре облака осадков не дают. Осадки в своем большинстве дают облака смешанного типа, в которых идет процесс диффузной перегонки – от пара, до капель воды и кристаллов льда. Кристаллы льда, падая под силой тяжести «примораживают» к себе молекулы пара и воды тем самым еще более укрупняясь. И если температура нижней части облака или атмосферы расположенной под облаком плюсовая, то на землю выпадает Д..

Д. также как и снег выпадает только из конвективных или фронтальных облаков. Фронтальные облака дают нам затяжные дожди, конвективные же это внезапные кратковременные ливни. Диаметр дождевых капель колеблется от 0,5 до 6 мм. Дождевые капли менее 0,5 мм называются «мрякой».

Интенсивность дождя и дождевые стоки

Типы и виды дождей

По интенсивности дожди можно разделить следующим образом:

Сильные и очень сильные дожди возникают благодаря циклонам и атмосферным фронтам.

Так же дожди можно классифицировать по следующим группам:

Что такое ВИРГА …

Часто, многие из нас, когда смотрели вдаль замечали под облаками серые полосы, которые заканчивались не достигнув земли. Эти полосы не что иное как дождь, испарившийся не достигнув земли. Это явление в природе называется вирга.

Дождь и метеорология — физика атмосферы

Важным является вопрос прогнозирования атмосферных осадков, в нашем случае дождя. Этот вопрос является важным и сложным. Изучением земной атмосферы и процессов, происходящих в ней, занимается наука Метеорология. Метеорологию так же часто называют физикой атмосферы. Ученые метеорологи, занимающиеся прогнозированием погоды, называются синоптиками.

Выводы

Д. важный элемент экосистемы всей нашей планет. К большому сожалению, как и на все остальные элементы экосистемы, на дожди оказывает свое негативное воздействие хозяйственная деятельность человека. Появились такие термины как — кислотные дожди, радиоактивные дожди … уровень загрязнения дождевой воды, выпадающей на землю, постоянно растет.

Но будем надеяться, что и в дальнейшем нас будет радовать не только тихий шелест дождя, но и чистая дождевая вода.

Источник

Форма дождевых капель

Автор: Маглипогода · Опубликовано 31.05.2019 · Обновлено 27.06.2021

Наверняка многие задумывались о том, какую форму принимает капля воды во время свободного падения из облака на землю. И если спросить любого человека, то он скорее всего скажет, что это форма, похожая на «слезинку». Но так ли это? Давайте разберёмся более подробно в этом вопросе.

Форма дождевых капель.

Форма дождевой капли — форма капли дождя, которую она принимает в свободном полете из облака до поверхности Земли. Мелкие капли до 2 мм близки к сфере, более крупные приобретают приплюснутую снизу форму «булочки для гамбургера», а при их увеличении до 5 мм капля нестабильна и происходит ее преобразование в вогнутую форму раскрытого парашюта или другие формы, после чего она распадается на множество мелких брызг. Теперь разберем более подробно:

Итак, выпадение капель происходит, когда маленькие капли воды в облаке сливаются в более крупные (процесс коагуляции), и не в состоянии уже противостоять гравитации, устремляются к земной поверхности. Дождевые капли имеют размеры в пределах от 0,1 до 6-7 мм — средний диаметр, при превышении которого они, как правило, распадаются. Капли менее 0,1 мм являются облачными и имеют идеально сферическую форму.

Мелкие капли до 2 мм чаще всего близки по форме к сфере (например, выпадение мороси), более крупные приобретают приплюснутую снизу форму «булочки для гамбургера», а при их увеличении до 5 мм капля нестабильна и происходит ее преобразование в вогнутую форму раскрытого парашюта или другие формы, после чего она распадается на множество мелких брызг.

Типы дождевых капель: A — несуществующий тип капель (форма капли под предметом перед падением) B — капли размером менее 2 мм (почти круглые) C — капли от 2 до 5 мм (сплющенная форма из-за трения о воздух) D — капли больше 5 мм, из-за потока воздуха разделяются на меньшие капли E — процесс деления крупной капли на несколько.

Форма капли зависит от ее размера: для маленьких капель сила поверхностного натяжения делает форму более сферической, тогда как с увеличением размера капли под действием встречного воздушного потока ее форма приобретает все более приплюснутую форму.

Поток воздуха, действующий на каплю.

Встречный поток воздуха создает внизу капли область высокого давления, а выше нее — область низкого давления, что деформирует каплю в плоскую или вогнутую (см. рисунок выше, справа).

На фото приведены фотографии падающих дождевых капель с диаметрами: а — 6 мм при скорости 8,8 м/сек; б — 4,8 мм при скорости 8,3 м/сек; в — 2,8 мм, при скорости 6,8 м/сек.

Ниже показана анимация обтекания частицы потоком (Mach=2/Re=50 «Kidney-shape»): Самые большие капли дождя на Земле были зафиксированы в Бразилии и на Маршалловых островах в 2004 году — некоторые из них достигали диаметра 10 мм. Их большой размер объясняется формированием конденсата на крупных частицах дыма или столкновением между каплями при большой их концентрации в воздухе. Кроме этого, наиболее крупные капли чаще всего формируются в процессе таяния градин.

Французские ученые Эммануэль Вильермо и Бенджамин Босса в июле 2009 г. опубликовали в журнале Nature Physics исследование разрушения крупных капель под действием встречного потока. По словам исследователя, каждая капля распадается индивидуально и независимо от их соседей на пути к земле. Таким образом, дождевая капля в процессе распада может приобрести форму раскрытого парашюта:

Фрагментация одной капли определяет распределение дождевых капель по размерам.

На следующей фотографии показаны три различных вида последовательности распада капель с интервалами между кадрами 2 миллисекунды, полученные другими исследователями (Barros, Ana P., Olivier P. Prat, Prabhakar Shrestha, Firat Y. Testik, Larry F. Bliven, 2008). (а) волокнистый (filament), (b) потоковый (sheet) и (c) дисковый распад капли:

Три различных вида последовательности распада капель с интервалами между кадрами 2 миллисекунды. (а) волокнистый (filament), (b) потоковый (sheet) и (c) дисковый распад капли

Что касается скорости падения, то для дождевых капель диаметром 0,5 мм на уровне моря и без ветра она составляет от 2 до 6,6 метров в секунду, в то время как капли диаметром 5 мм и более имеют скорость от 9 до 30 метров в секунду. Причём зависимость скорости падения от размера капли не является линейной (см. на графике):

Скорость падения капель (по оси Y) от её размера (по оси X)

Первые исследования формы дождевых капель относятся ещё к концу 1800-х гг. Немецкий ученый Филипп Ленард исследовал форму дождевых капель с 1898 г., а в 1904 г. опубликовал итоговую статью. Для изучения скорости капель он соорудил вертикальный воздушный туннель, где можно было управлять скоростью встречного воздушного потока. Он впервые сообщил, что форма капли отличается от стереотипной «слезинки» и сферична для капель примерно до 2 мм и деформируется в виде плоского дна и закругленной вершины, подобно булочке для гамбургера при увеличении капли, а при размерах свыше 5.5 мм капли нестабильны и распадаются.

Следите за погодой и климатом вместе с нами!

Источник

народ, с какой скоростью падает дождь.

Дождевые облака находятся на высоте не менее 1.200 метров над землей. Если с этой высоты упадет какое-либо тело размером и весом с дождевую каплю, то по мере ускорения скорость ее падения на землю достигнет 558 км/ч. Любое тело, падающее с такой скоростью, может вызвать большие разрушения, и смертоносно для всего живого на Земле. Если дождевые капли падали бы с этой высоты на такой скорости, то на земле погибали бы все посевы, рушились бы дома и автомашины, люди не могли бы передвигаться по улицам без специальных средств защиты. Причем такая скорость достигается лишь теми каплями, которые формируются в облаках, находящихся на высоте 1.200 метров, тогда как некоторые дождевые облака формируются и капают с высоты 10.000 метров; и если учесть эту высоту падения, то разрушительное воздействие дождевых капель трудно даже предположить.
Однако дождь никогда не вызывает столь разрушительных последствий, с какой бы высоты ни падали дождевые капли; по мере приближения их к земле и падения на землю скорость их составляет всего лишь 8-10 километров в час.
Лауреат Нобелевской премии немецкий физик Филипп Леннард установил, что при увеличении диаметра дождевой капли скорость ее падения также увеличивается. Однако это увеличение скорости продолжается до того момента, пока диаметр капли не достигнет 4.5 мм. Капли, которые в диаметре превосходят эту цифру, падают на землю со скоростью, не превышающей 8 мм в секунду. Причина столь резкого снижения скорости падения капли заключена в форме, которую принимают капли дождя. Особая форма капель увеличивает силу трения атмосферы, так что скорость капель не может превысить определенного лимита скорости.
Путь до земли у каждой снежинки свой. А значит, у каждой и своя окончательная форма. Снежинки падают со скоростью примерно 15 метров в минуту. Они почти не связаны между собой, и даже небольшой ветер 2 метра в секунду приводит их в движение. В воздухе форма снежинок непрерывно меняется.

Скорость тела в любой момент времени выражается формулой

Со скоростью дождя

скорее скорость зависит от веса капли и высоты падения
тов Лев прям диссертацию оформил)

А Дождь разве уже споткнулся? Или он откуда то выпал? Обычно дождь идет. И скорость он свою выбирает под настроение.

v=sqrt(3,75prg)=191,8*sqrt(r), здесь v выражается в м/с, r в м. Для капли радиуса 5 мм (ливень) получаем v=191,8*sqrt(0,005) = 13 м/с, для капли радиуса 0,3 мм («труха») v=191,8*sqrt(0,0003) = 3,3 м/с.

Источник