Физики нашли причину типового размера капель дождя

В каждой такой капле скрывается маленький дождик (фото Emmanuel Villermaux).

Французские учёные из университета Экс-Марсель (Aix Marseille Université), занимающиеся исследованием физики жидкостей, решили выяснить, как именно капли воды, покидающие тучу, становятся дождём. Оказалось, что не всё так просто, как кажется на первый взгляд.

Исследователей интересовали конкретные вопросы. Как получается такое разнообразие форм и размеров дождевых капель? Чем определяется их распределение по размерам? Так ли уж важна роль облаков и столкновений капель при падении?

Многие годы учёные всего мира пытались понять, почему вне зависимости от места выпадения дождя распределение дождевых капель по размеру остаётся примерно одним и тем же при одинаковой силе осадков.

Кто-то выставлял под дождь блюдца с мукой, кто-то промокашки (на короткое время, чтобы отпечатались следы капель), при этом все получали примерно один и тот же результат. Диаметр большинства небесных слёз не превышал одного миллиметра, однако отдельные экземпляры дотягивали до 5 мм.

«Водяную шрапнель» близ поверхности Земли могут образовывать сталкивающиеся в небе капли, полагали исследователи (именно такая версия нравилась и, вероятно, продолжает нравиться большинству учёных).

Однако даже при прохождении ливня в одном кубическом метре воздуха редко оказывается больше нескольких тысяч капель. Если такой поток падает с высоты одного километра, то за время падения происходит не более сотни столкновений. «Этого недостаточно, чтобы образовалось стабильное распределение по размерам», — считает один из авторов нынешнего исследования Эммануэль Вийермо (Emmanuel Villermaux).

Чтобы понять, что же на самом деле происходит с каплями в процессе падения с небес, Вийермо и его коллега Бенджамин Босса (Benjamin Bossa) запустили их падать в восходящем потоке воздуха. Процесс отсняли на высокоскоростную видеокамеру (тысяча кадров в секунду). Воздух снизу усиливал давление на каплю, имитируя тем самым реальные условия многометрового падения (иначе в лаборатории невозможно было бы проследить за дождевой каплей).

Оказалось, что шарики воды не сохраняют свою форму по мере падения от туч к земле, а постепенно взрываются, образуя облако более мелких брызг. Замедленное воспроизведение показало: поначалу капля превращается в подобие лепёшки, затем трансформируется в купол, чем-то похожий на парашют, далее тонкая верхняя стенка рвётся и происходит своеобразный «взрыв».

Отсюда и появляются миллиметровые дождевые капли, предполагают французские учёные в своей статье, опубликованной в журнале Nature Physics. Это доказывает тот факт, что распределение капель, полученное в лабораторных условиях, соответствует наблюдаемому в природе.

Осталось только показать, что точно такой же процесс «взрывов» капель происходит во время дождя в реальности. «Исследователи уже сейчас прикрепляют высокоскоростные видеокамеры к фюзеляжам самолётов, пролетающих зону выпадения осадков, так что свидетельства нашей правоты обязательно появятся», — уверен Вийермо.

Несмотря на небольшую практическую значимость данного исследования для обычных людей (вряд ли оно поможет даже метеорологам), это открытие значительно упростит жизнь физиков. Ведь теперь (в случае принятия выводов французов другими научными группами) можно будет вывести довольно-таки простые уравнения, описывающие наблюдаемые процессы.

А вы знаете, что первоначальному образованию дождя и снега в облаках могут способствовать бактерии?

Читайте также о дождях из метана, из алмазов и расплавленного железа, а ещё о том, как осадки способствуют появлению землетрясений и росту запылённости атмосферы.



Открыта боковая отталкивающая сила света

14 июля 2009

Открыта новая субатомная частица

1 июля 2009

Создана первая акустическая суперлинза из метаматериала

25 июня 2009

Глубочайшая лаборатория раскроет тайны Вселенной

23 июня 2009

Цифровой фитиль передаёт данные в спектре пламени

22 июня 2009