Капля (жидкость) - Drop (liquid)

Сюда перенаправляются "капля" и "капля дождя". Для использования в других целях, см. Капли (значения) и Капли дождя (значения) .
Капли воды падают из-под крана.
Поверхностное натяжение предотвращает срезание дождя ножом
Поток дождевой воды из навеса. Среди сил, управляющих образованием капель: поверхностное натяжение , когезия , сила Ван-дер-Ваальса , неустойчивость Плато – Рэлея .
Капли дождя на растении.

Капли или капли небольшой столб жидкости , ограниченный полностью или почти полностью свободными поверхностями . Капля может образоваться, когда жидкость скапливается на нижнем конце трубы или на другой границе поверхности, образуя висящую каплю, называемую висячей каплей. Капли могут быть также образованы с помощью конденсации о наличии пара или путем распыления большего массы твердого вещества.

Поверхностное натяжение

Капля воды подпрыгивает на поверхности воды, подверженной колебаниям
Иллюстрированный тест на падение с подвески.

Жидкость образует капли, потому что жидкость проявляет поверхностное натяжение .

Простой способ сформировать каплю - позволить жидкости медленно вытекать из нижнего конца вертикальной трубки небольшого диаметра. Поверхностное натяжение жидкости заставляет жидкость свисать с трубки, образуя подвеску. Когда капля превышает определенный размер, она теряет устойчивость и отделяется. Падающая жидкость также представляет собой каплю, удерживаемую поверхностным натяжением.

Эксперименты по вязкости и падению пека

Основные статьи: Вязкость и эксперимент с падением высоты тона

Некоторые вещества, которые кажутся твердыми, могут оказаться чрезвычайно вязкими жидкостями, поскольку они образуют капли и проявляют капельное поведение. В знаменитых экспериментах с каплями пека показано , что пек - вещество, похожее на твердый битум - таким образом является жидкостью. Смола в воронке медленно образует капли, каждая из которых формируется и отламывается около 10 лет.

Испытание на падение подвески

В испытании на падение с подвески капля жидкости подвешивается на конце трубки или на любой поверхности за счет поверхностного натяжения . Сила, обусловленная поверхностным натяжением, пропорциональна длине границы между жидкостью и трубкой, при этом обычно обозначается константа пропорциональности . Поскольку длина этой границы равна окружности трубы, сила поверхностного натяжения определяется выражением

где d - диаметр трубы.

Массу m капли, свисающей с конца трубки, можно найти, приравняв силу тяжести ( ) к составляющей поверхностного натяжения в вертикальном направлении ( ), получив формулу

где α - угол контакта с трубкой, а g - ускорение свободного падения.

Предел этой формулы, а α идет до 90 °, дает максимальный вес капли кулона для жидкости с заданным поверхностным натяжением, .

Это соотношение лежит в основе удобного метода измерения поверхностного натяжения, обычно используемого в нефтяной промышленности. Доступны более сложные методы, позволяющие учесть развивающуюся форму кулона по мере роста капли. Эти методы используются, если поверхностное натяжение неизвестно.

Падение адгезии к твердому телу

Адгезию капли к твердому телу можно разделить на две категории: боковая адгезия и нормальная адгезия. Боковая адгезия напоминает трение (хотя трибологически боковая адгезия является более точным термином) и относится к силе, необходимой для скольжения капли по поверхности, а именно к силе, которая отрывает каплю от ее положения на поверхности только для перевода ее в другое положение на поверхности. поверхность. Нормальная адгезия - это адгезия, необходимая для отделения капли от поверхности в нормальном направлении, а именно сила, заставляющая каплю отрываться от поверхности. Измерение обеих форм адгезии может быть выполнено с помощью центробежных весов адгезии (CAB). CAB использует комбинацию центробежных и гравитационных сил для получения любого соотношения поперечных и нормальных сил. Например, он может приложить нормальную силу при нулевой боковой силе, чтобы капля оторвалась от поверхности в нормальном направлении, или он может вызвать боковую силу при нулевой нормальной силе (имитируя невесомость ).

Капля

Термин « капля» представляет собой уменьшительную форму «капля» и обычно используется в качестве ориентира для жидких частиц диаметром менее 500 мкм. При нанесении распылением капли обычно характеризуются их предполагаемым размером (т. Е. Диаметром), тогда как доза (или количество инфекционных частиц в случае биопестицидов ) зависит от их объема. Он увеличивается на кубическую функцию по отношению к диаметру; таким образом, капля 50 мкм представляет дозу в 65 мкл, а капля 500 мкм представляет собой дозу в 65 нм.

Скорость

Капля диаметром 3 мм имеет конечную скорость примерно 8 м / с. Капли диаметром менее 1 мм достигают 95% своей конечной скорости в пределах 2 м . Но выше этого размера расстояние до конечной скорости резко увеличивается. Примером может служить капля диаметром 2 мм, которая может достигнуть высоты 5,6 м .

Оптика

Из - за различного показателя преломления от воды и воздуха , преломления и отражения происходят на поверхности дождевых капель , что приводит к радужной формации.

Звук

Основным источником звука, когда капля падает на поверхность жидкости, является резонанс возбужденных пузырьков, захваченных под водой. Эти колеблющиеся пузырьки ответственны за большинство звуков жидкости, таких как струя воды или брызги, поскольку на самом деле они состоят из множества столкновений капли с жидкостью.

Предотвращение шума "капающий кран"

Уменьшение поверхностного натяжения тела жидкости позволяет уменьшить или предотвратить шум от падающих в него капель. Это потребует добавления в воду мыла , моющего средства или аналогичного вещества. Пониженное поверхностное натяжение снижает шум от капель.

Форма

Формы капель дождя в зависимости от их размеров.

Классическая форма, связанная с каплей (с заостренным концом на верхней стороне), происходит от наблюдения за каплей, цепляющейся за поверхность. Форма капли, падающей через газ, действительно более или менее сферическая для капель диаметром менее 2 мм. Более крупные капли имеют тенденцию быть более плоскими на нижней части из-за давления газа, через который они проходят. В результате, когда капли становятся больше, образуется вогнутое углубление, которое в конечном итоге приводит к разрушению капли.

Длина капилляра

Длина капилляра - это масштабный коэффициент длины, который связывает силу тяжести и поверхностное натяжение и напрямую отвечает за форму, которую примет капля для конкретной жидкости. Длина капилляра определяется давлением Лапласа и определяется радиусом капли.

Используя длину капилляра, мы можем определить микрокапли и макрокапли. Микрокапли - это капли с радиусом меньше длины капилляра, причем форма капли определяется исключительно поверхностным натяжением, и они образуют форму сферического колпачка. Если капля имеет радиус больше, чем длина капилляра, они известны как макрокапли, и силы тяжести будут преобладать. Макрокапли будут «сплющены» под действием силы тяжести, а высота капли уменьшится.

Зависимость длины капилляра от радиуса капли

Размер

Размер капель дождя обычно составляет от 0,5 мм до 4 мм, причем распределение размеров быстро уменьшается после диаметров, превышающих 2-2,5 мм.

Ученые традиционно думали, что изменение размера капель дождя происходит из-за столкновений на пути к земле. В 2009 году французским исследователям удалось показать, что распределение размеров связано с взаимодействием капель с воздухом, который деформирует более крупные капли и заставляет их дробиться на более мелкие капли, эффективно ограничивая самые большие капли дождя примерно до 6 мм в диаметре. Однако капли размером до 10 мм (эквивалент по объему сфере радиусом 4,5 мм) теоретически стабильны и могут левитировать в аэродинамической трубе. Самая крупная зарегистрированная капля дождя имела диаметр 8,8 мм и находилась у основания огромного кучевого облака в окрестностях атолла Кваджалейн в июле 1999 года. Дождевая капля такого же размера была обнаружена над северной Бразилией в сентябре 1995 года.

Стандартизированные размеры капель в медицине

Дополнительная информация: Капля (единица)

В медицине это свойство используется для создания капельниц и наборов для внутривенной инфузии, которые имеют стандартизованный диаметр , таким образом, что 1 миллилитр эквивалентен 20 каплям . Когда необходимы меньшие количества (например, в педиатрии), используются микрокапли или детские инфузионные наборы, в которых 1 миллилитр = 60 микрокапель.

Галерея

  • Голубой краситель капают в блюдце с молоком.

  • Удар капли воды.

  • Обратный удар от падения.

  • Капля воды, ударяющаяся о металлическую поверхность / образование короны из-за разбрызгивания капли.

  • Капля воды ударяется о влажную металлическую поверхность и выбрасывает новые капли, которые становятся водяными шариками и скользят по поверхности воды.

  • Капля воды на листе / Гидрофобный эффект / Частичное смачивание .

  • Тройной реактивный двигатель после удара.

  • Фотография капли дождя на листьях папоротника.

  • Отрывная капля.

  • Капли воды, образующиеся из насадки для душа.

  • Капля воды на сложноцветных

  • Капельки воды преломляют маленький цветок.

  • Капля дождя на листе

  • Капли воды на стекле.

  • Капли фонтанной воды при очень короткой выдержке

  • Капли дождя на листьях растений розы

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Удача, Стив (1998). Американская настольная энциклопедия . Издательство Оксфордского университета, США. п. 196. ISBN. 978-0-19-521465-9.
  2. ^ Катнелл, Джон Д .; Кеннет В. Джонсон (2006). Основы физики . Wiley Publishing.
  3. ^ Роджер П. Вудворд, доктор философии. «Измерения поверхностного натяжения с использованием метода формы капли» (PDF) . Первые десять ангстрем . Проверено 5 ноября 2008 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ FKHansen; Дж. Родсрун (1991). «Поверхностное натяжение висячей капли. Быстрый стандартный инструмент с использованием компьютерного анализа изображений». Коллоидная и интерфейсная наука . 141 (1): 1–12. Bibcode : 1991JCIS..141 .... 1H . DOI : 10.1016 / 0021-9797 (91) 90296-K .
  5. ^ a b «Численная модель скорости падения капель дождя в симуляторе водопада» (PDF) . 2005-10-04. п. 2. Архивировано из оригинального (PDF) 31 июля 2013 года . Проверено 28 июня 2013 .
  6. ^ Просперетти, Андреа ; Огуз, Хасан Н. (1993). «Воздействие капель на жидкие поверхности и подводный шум дождя». Ежегодный обзор гидромеханики . 25 : 577–602. Bibcode : 1993AnRFM..25..577P . DOI : 10.1146 / annurev.fl.25.010193.003045 .
  7. ^ Рэнкин, Райан С. (июнь 2005 г.). «Пузырьковый резонанс» . Физика пузырей, антипузырьков и прочего . Проверено 9 декабря 2006 .
  8. ^ Томпсон, Рэйчел. «Ученые наконец-то придумали решение для устранения самого раздражающего домашнего звука в мире» .
  9. ^ a b Pruppacher, HR; Питтер, Р.Л. (1971). «Полуэмпирическое определение формы облаков и капель дождя» . Журнал атмосферных наук . 28 (1): 86–94. Полномочный код : 1971JAtS ... 28 ... 86P . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1971) 028 <0086: ASEDOT> 2.0.CO; 2 .
  10. ^ "Форма капли воды" . Проверено 8 марта 2008 .
  11. ^ 1952-, Бертье, Жан (2010). Микрофлюидика для биотехнологии . Сильберзан, Паскаль. (2-е изд.). Бостон: Artech House. ISBN 9781596934443. OCLC  642685865 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  12. ^ McFarquhar, Грег (2010). «Распределение капель дождя по размеру и эволюция». Осадки: состояние науки . Серия геофизических монографий . 191 . С. 49–60. Bibcode : 2010GMS ... 191 ... 49M . DOI : 10.1029 / 2010GM000971 . ISBN 978-0-87590-481-8.
  13. ^ Эммануэль Villermaux, Бенджамин Босса (сентябрь 2009). «Однокапельное дробление капель дождя» (PDF) . Физика природы . 5 (9): 697–702. Bibcode : 2009NatPh ... 5..697V . DOI : 10.1038 / NPHYS1340 . Выложите резюме .
  14. ^ Хоббс, Питер V .; Рангно, Артур Л. (июль 2004 г.). «Сверхбольшие капли дождя» . Письма о геофизических исследованиях . 31 (13): L13102. Bibcode : 2004GeoRL..3113102H . DOI : 10.1029 / 2004GL020167 .
  15. ^ «Миллилитр» . www6.dict.cc . Проверено 30 августа 2018 .

внешние ссылки