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每日一問107:水滴為什麼上面尖下面圓,而不是球形或者別的形狀?

可能不少人印象中的水滴是上面尖下面圓的淚狀,這多少和海報、節水標誌中常用淚狀表示水滴有關。實際上,水滴的形狀並非如此。

在太空中沒有重力影響,水滴為近乎完美的圓球。這是因為水滴的表面張力,在此作用下水滴表面積趨於最小(表面積越小,能量越低)。在體積相同的情況下,球形表面積最小,所以水滴是球形。

實際生活中,重力等影響會使水滴偏離球形。以水龍頭為例,水滴搖搖欲墜時,頂端仍與水龍頭有小面積的接觸(上面的尖),底端下垂,重力和水龍頭的附著力將水滴拉扯成長橢球,比較接近淚狀。徹底墜落後,水滴很快變成扁橢球並向下運動,然後又變成圓球、長橢球、圓球、扁橢球,如此迴圈變形,如圖。

每日一問107:水滴為什麼上面尖下面圓,而不是球形或者別的形狀?


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每日一問107:水滴為什麼上面尖下面圓,而不是球形或者別的形狀?

至於雨滴,文獻指出直徑小於1mm的雨滴以球形為主,在1-3mm的雨滴以橢球形為主,在3-5mm的雨滴為底部扁平的饅頭狀,如圖(直徑是指與雨滴體積相同的球的直徑)。雨滴所受重力與直徑的三次方成正比,表面張力與直徑成正比。當雨滴較小時,重力遠小於表面張力,可忽略重力,在表面張力作用下雨滴成球形;雨滴較大時,重力與表面張力相當,不能再忽略,這使得雨滴偏離球形而呈橢球形;雨滴很大時,底部受到較大的空氣阻力,使得底部扁平化而呈饅頭狀。

參考文獻:

[1]蔡一坤.穿透現象和液滴形狀的關係[J].力學學報,1996(04):106-109.

[2]舒小健,高太長,劉西川,胡帥,江詩陽.基於降水微物理特徵測量儀的雨滴形狀觀測與分析[J].氣象,2017,43(01):91-100.

回答:半七

編輯:yrLewis

分類: 科學
時間: 2021-10-12

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