Jeśli kiedykolwiek patrzyłeś na szybę samochodu podczas deszczu, możesz zauważyć małe bawełniane nitki, które pojawiają się na zewnętrznej powierzchni szkła. Te małe nitki pokazują kierunek lokalnego wiatru i pomagają wyjaśnić, dlaczego krople przyklejają się do szyby.
Choć trudno jest przewidzieć, jak krople deszczu poruszają się po szybie, naukowcy odkryli kilka czynników, które wpływają na ich zachowanie. Czynniki te to adhezja, kohezja i grawitacja.
Adhezja
Krople deszczu spadają na powierzchnię przedniej szyby z powodu sił przyciągania, które trzymają je razem. Te siły przyciągania nazywane są siłami przylegania i mogą być mechaniczne lub elektrostatyczne.
Cząsteczki wody tworzą wiązanie polarne z dwoma lekko dodatnio naładowanymi atomami wodoru. Przyciąga to ujemnie naładowane atomy tlenu pobliskich cząsteczek wody, powodując ich sklejenie.
Cząsteczki polarne mają również napięcie powierzchniowe, które powoduje, że krople deszczu przylegają do powierzchni szyby.
Siła ta jest podobna do przyciągania między przeciwnymi biegunami magnetycznymi. Jest to podstawowa zasada chemii i została odkryta już dawno temu.
Używając wyidealizowanej wersji kropel deszczu, badacze odkryli, że rozmiar kropel wpływa na ich ruch na pochylonej szybie. Większe krople są ściągane w dół przez grawitację, podczas gdy mniejsze unoszą się w górę.
Kohezja
Cząsteczki wody przylegają do siebie dzięki swoim właściwościom kohezyjnym i adhezyjnym. Te dwie właściwości są wykorzystywane w wielu różnych sytuacjach, na przykład kiedy woda przykleja się do powierzchni szyby samochodowej.
Adhezja to przyciąganie do siebie niepodobnych cząsteczek i powierzchni, natomiast kohezja to przyciąganie do siebie podobnych cząsteczek lub jednostek. Względna siła tych dwóch sił określa kształt cieczy.
Kropla wody rozpylona na powierzchni przybierze kształt kulisty, ponieważ siła spójności jest silniejsza niż siła przylegania. Jednak gdy siła przyczepności jest silniejsza niż siła spójności, kropla nasyci powierzchnię i stanie się mokra.
Grawitacja
Grawitacja jest jedną z czterech podstawowych sił we wszechświecie. Jej wrodzona zdolność do wywoływania przyciągania między dowolnymi dwoma obiektami o masie zastanawiała starożytnych uczonych i naukowców.
Jeśli kiedykolwiek wpatrywałeś się w krople deszczu na przedniej szybie, to pewnie zastanawiałeś się, dlaczego niektóre wydają się płynąć w górę, podczas gdy inne pozostają w miejscu. Dzieje się tak dlatego, że grawitacja ciągnie większe krople w dół, podczas gdy wiatr pędzący nad pochyloną szybą samochodu sprawia, że mniejsze poruszają się w górę.
W nowym badaniu naukowcy zajmujący się mechaniką płynów, Sungyon Lee z University of Minnesota w Minneapolis i Alireza Hooshanginejad z Cornell University, zastosowali równania matematyczne, aby ustalić, jak zachowują się krople deszczu na pochylonej szybie. Wyniki pokazały szereg czynników, które determinują zachowanie kropli, jak podają 4 marca w Physical Review Fluids.
Krople na stromych szybach bardziej wymykają się grawitacji niż te na płytszych, jak wynika z badań. Ponadto, rozmiar kropli deszczu jest kluczowym czynnikiem wpływającym na ich zachowanie.
Wiatr
Jedną z najbardziej fascynujących rzeczy w deszczu jest to, że może on przylegać do powierzchni przedniej szyby, kiedy jest mokry. Dzieje się tak z powodu czegoś, co nazywa się adhezją, czyli właściwością, która sprawia, że woda przywiera do innych rzeczy.
Zespół badaczy mechaniki płynów zastosował niedawno równania matematyczne, aby wyjaśnić, dlaczego krople deszczu przywierają do powierzchni szyby. Praca, opublikowana w Physical Review Fluids, wyjaśnia, w jaki sposób wiatr może zmusić krople do przyklejenia się do szyby.
Lee i Hooshanginejad twierdzą, że krople deszczu na pochylonej przedniej szybie jadącego samochodu jednocześnie doświadczają sił pochodzących od grawitacji i wiatru pędzącego nad pojazdem. W przypadku większych kropel zwycięża grawitacja, ciągnąc je w dół; w przypadku mniejszych kropel przeważa wiatr, wypychając je w górę zbocza.
W przypadku średnich kropel siły się równoważą i kropelki pozostają w miejscu. Najmniejsze kropelki pozostają w miejscu, ponieważ wiatr nie zapewnia „odpowiedniego impetu, by pokonać” skłonność wody do przylegania do szkła.
