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雨滴从天上落下来的时候,到底长什么样?

我们画了几百年的「上尖下圆」雨滴,其实从没在天空里飞过。真实的雨滴小的时候是球,大了会被空气压成半个汉堡面包。

答案

先看现象

下雨时抬头看天,你看不见雨滴的形状;拍张照片,也只拍到一条条白线。可如果有一台高速相机,你会发现一件怪事:天空里没有任何一颗水滴,长着我们画的那个样子。

我们从小画的水滴是「上尖下圆」的,像一颗倒挂的泪。但科学家用高速摄影和风洞测量过成千上万颗雨滴:没有一颗长着尖顶。

它到底长什么样

  • 直径不到 2 毫米:几乎是一个完美的球。
  • 2 到 4 毫米:变扁了。底部被气流压平,顶部还是圆的——像半个汉堡面包。
  • 6 毫米左右:撑不住了,自己碎成几颗小雨滴。

为什么

两股力在拔河。

表面张力把水分子互相拉住,像一层绷紧的膜。同样多的水,做成球形时表面积最小,所以小水滴会自动变圆——圆,是水最省力的姿势。

空气阻力从下面往上顶。雨滴落得越快,这股力越大,底部就被压得越平。

水滴小的时候,表面张力赢;水滴大了,空气赢。这就是为什么雨滴的「变形记」是按毫米分级的。

那个尖顶是哪来的

来自水龙头。挂在龙头口、还没掉下来的那一滴,上端被拉细成一个「脖子」,看起来才上尖下圆。脖子一断,尖就没了。

至于照片里的「雨丝」,那是快门开着的一小段时间里,雨滴在画面上走了一段路——是时间,不是形状。

动手做

拿一张蜡纸和一张厨房纸,各滴一滴水。蜡纸上,水滴缩成一个鼓鼓的小球;厨房纸上,它摊成一片。再在蜡纸上滴一小滴、一大滴——大的那个明显更扁。你刚刚亲眼看见了:表面张力想把水收成球,重力和纸的吸力偏不让。

青山的想法

我一直以为雨滴是泪珠形的。原来那个尖是水龙头的形状,不是天空的形状。

参考资料

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