Ми звикли до думки про те, що краплина має форму кулі. Насправді вона майже ніколи не є кулею, хоча ця форма забезпечує найменший обсяг.
Крапля, що грунтується на горизонтальній поверхні сплющена.
Складну форму має падаюча в повітрі крапля. І тільки крапля, яка перебуває в стані невагомості приймає абсолютно сферичну форму.
Створити умови, близькі до стану невагомості можна, якщо компенсувати силу тяжіння виштовхує силою.
У моєму досвіді я використовувала звичайне рослинне масло і воду. Так як щільність масла трохи менше щільності води, то дія сили тяжіння слабшає і можна спостерігати різні стадії утворення краплі і її відриву.
У момент утворення краплі вона набуває витягнуту форму, т. К. Незважаючи на сили поверхневого натягу, які прагнуть надати краплі сферичну поверхню, сила тяжіння, прагне розташувати центр мас краплі якомога нижче. Витягнута форма - результат цих зусиль.
У міру зростання краплі, її основна маса збирається внизу і у краплі з'являється шийка.
Сила поверхневого натягу спрямована в протилежний силі тяжіння. І в момент, коли сила тяжіння хоча б на трохи перевершує сили поверхневого натягу крапля відривається. Шийка в цей момент швидко звужується і крапля відривається.
При цьому від шийки відривається маленька крапелька, яка падає слідом за великий.
Спостерігаючи за процесом утворення крапель, я помітила, що маленькі крапельки мають форму кульок, а великі - витягнуті уздовж горизонтальної осі.
Щоб пояснити це явище, спробуємо визначити радіус краплі, при якому вона перестає бути сферичною.
При рівномірному русі краплі сила тяжіння повинна бути врівноважена силами поверхневого натягу.
А для цього необхідно виконання умови:
ρgh = σ (/ R (1), де ρgh - гідростатичний тиск рідини.
Тут h = 2R; σ (/ R - лапласовское тиск всередині краплі.
Тут слід врахувати, що σ (= 2σ (коефіцієнт поверхневого натягу).
Перепишемо рівняння (1) з урахуванням цих значень і висловимо граничний радіус краплі 2Rgρ = 2R²g ρ = 2σ R = =
Підставимо чисельні значення в цю формулу:
(= 7,4 * 10н / м (= 1000 g = 10
R = = 2,7 * 10м = 2,7 мм
Це означає, що крапелька води буде мати сферичну форму, якщо її радіус не перевищує 3 мм. На не змочується поверхні крапля зберігає сферичну форму завдяки силам поверхневого натягу. Але якщо гідростатичний тиск стає більше лапласовского, крапля розтікається і дробиться на більш дрібні.
Аналогічний розрахунок можна зробити і для інших рідин. Наприклад, для гасу і ртуті граничний радіус сферичної краплі (2 мм, для спирту - 1,7 мм.
Тепер зрозуміло, чому краплі не бувають надто великими.