雨滴是什么形状的?雨滴为什么会有这种形状?
当没有力或者雨滴很小时,雨滴会收缩,呈现球形;当受到外力时,雨滴的迎风面会变平,后端保持球形,呈上圆下平的形状。一般来说,随着直径的增大,雨滴的形状逐渐由圆形变为椭圆形,再由椭圆形变为顶部凸起,底部扁平。雨滴太大,就会变形或者破碎。
雨滴下落时,受到三种力的作用:内部分子间力、重力和空气阻力。雨滴内部的分子间作用力倾向于形成球形水滴;重力加速了雨滴的整体下落,但不影响它们的形状;空气阻力比较复杂,我们重点说一下。
半定量地说,空气阻力的方向与雨滴的下落速度相反。没有风的时候,雨滴的速度直线上升。雨滴速度较小时,阻力与速度成正比,F=-k?五;当速度后面有旋涡时,阻力近似与速度的平方成正比,F=-K?v?,K?而k呢?都是比例系数。在这两种情况下,空气阻力对雨滴形状的影响是相似的。雨滴在迎风面(下图)形成钝角状,在背风面(上图)形成渐变状。这个形状把空气阻力降到最低,这是普通雨滴的形状。在造船中,为了减少空气阻力,常建造类似的圆形和钝形船首。雨滴其实是被云“变形”了。云温高于0℃的暖云中有许多云滴。
速度低,上升速度慢;但是,小云下降慢,上升快。因此,这种相对运动的差异是迅速的。大云滴会有机会和小云滴碰撞,小云滴会变成大云滴。由于上升气流的不均匀扩散和云中的渗流,大云滴可以多次绕云运动,提高了大小云滴碰撞的几率。当大云滴变得越来越大时,它们会以雨滴的形式落下。
总体来看,随着直径的增大,雨滴的形状由环形逐渐连接成椭圆形,再由椭圆形到顶部和底部呈扁平状。当雨滴变得太大时,它们会变形或破裂。根据大小不同的雨滴形状,可以精确测量降水量,进而预测天气状况,提前预测灾害温度点,做好准备,也可以应用于水利、生态环保行业。所以对雨滴形状的科学研究非常重要,在研究科学的过程中有专门的研究科学家。