¿Por qué las gotas de lluvia son esféricas?

Las gotas tienden a ser esféricas porque se mantienen juntas por la tensión superficial. Considere un rango de tamaños de gotas. Las gotas grandes se agitan y se hunden porque su masa puede incluir una gran cantidad de impulso interno, y esto tiende a empujarse en el límite, abrumando la tensión superficial (es decir, perdiendo energía cinética por la energía potencial en la formación de superficie adicional). Esto incluso puede romper la gota en partes. Una gran gota puede evitar esto al flotar junto con una velocidad casi uniforme, pero en el momento en que golpea otra cosa (o incluso descansa sobre ella, experimentando su propio peso indirectamente por la reacción de lo que sea que descanse) comienza a adquirir no uniforme velocidad.

A medida que la gota se hace más pequeña, hay menos cambio en el área a medida que la gota se deforma, pero el cambio en la masa se reduce más rápidamente. La superficie se deforma mucho menos, y las fuerzas restauradoras de la tensión superficial no solo la hacen volver a ser una esfera (o casi), sino que lo hacen distribuyendo el impulso (y, por lo tanto, la velocidad) de manera más uniforme a través de la gota. En ese punto, puede ver la misma tendencia a volverse esférica que en una gota grande, pero mayor.

En resumen, es relativamente fácil deformar una gota grande lejos de ser esférica, pero las gotas pequeñas tienden a volverse esféricas de manera mucho más llamativa. Pero ambos tienen una tendencia esférica.

Si aplica fuerzas abrumadoras realmente concentradas a las gotas, en realidad es más fácil romper una pequeña gota. Sin embargo, es difícil producir las fuerzas abrumadoras concentradas en pequeñas gotas pequeñas. ¿Qué harás: pararte en la ducha apuñalándolos con un estoque? La mayoría de las cosas que puede hacer con las gotas para deformarlas disminuirán con el tamaño, al menos tan rápido como la tensión superficial.

Para un volumen dado (para gotas de lluvia, una cantidad dada de agua se traduce en volumen con el valor de densidad relevante), la forma con la menor área de superficie es una esfera. Esto es importante porque hay una diferencia energética entre las moléculas dentro de la gota y en su superficie: las moléculas dentro de la esfera tienen más conexiones con otras moléculas, lo que disminuye su energía potencial (ya que los objetos delimitados tienen energía potencial negativa, con respecto a 0 energía potencial en el infinito) Por lo tanto, mirando esto desde el otro lado, las moléculas en la superficie tienen menos conexiones y más energía potencial. La gota de lluvia, como todo sistema físico, “quiere” alcanzar el estado físico con la menor energía potencial (que es estable) y, por lo tanto, el requisito de un área de superficie mínima, una cantidad mínima de las moléculas energéticas para una cantidad dada de agua.

Las gotas de lluvia son esféricas debido a la tensión superficial del agua. Tiende a minimizar el área de superficie, lo que minimiza la energía.

Pero cuando cae la lluvia, se distorsiona debido a la gravedad.

La tensión superficial intenta maximizar el volumen y minimizar el área de superficie. Una esfera es el objeto sólido que logra el mayor volumen para la menor área de superficie, por lo tanto, las gotas de lluvia son esféricas. La resistencia al aire tiende a deformarlos para que tengan más forma de lágrima; en el vacío serían esféricos.

El factor es la tensión superficial. Todas las moléculas tienen tendencia a atraerse entre sí, por lo que las consecuencias son la tensión superficial.

PD: no mencioné el hecho de que la tensión superficial es Fuerza por unidad de longitud, y la tensión de la película superficial de un líquido causada por la atracción de las partículas en la capa superficial por todo el líquido, lo que tiende a minimizar el área de superficie . [por definición.

Dado que cada materia en el universo quiere descansar en el menor estado de energía. La esfera tiene el área de superficie mínima en todo tipo de estructuras geométricas. Entonces tendrá el estado menos excitado.
Y mencioné el estado menos excitado anteriormente porque al menos mientras lo discutimos, debemos pensar que es lluvia y que están cayendo libremente, solo la resistencia del aire está actuando contra su peso.

Es porque las moléculas de agua son atraídas por otras moléculas de agua. Por eso es un líquido en primer lugar. En ausencia de otras fuerzas, se unen. En la superficie no hay una fuerza que los saque porque no hay moléculas de agua allí. Pero hay retroceso hacia el agua líquida. Si levanta un punto de agua y lo suelta, se volvería a bajar debido a esta atracción mutua.

Por supuesto, este efecto también se conoce con el nombre de tensión superficial.

En realidad está tratando de arrastrarse hacia una superficie plana. Si tuviera un volumen de agua en un recipiente con una abertura en un lado y sin gravedad y el volumen de agua se ajustara exactamente al recipiente, se formaría una superficie plana sobre el agujero. Lo mismo para eso. Si tira de un punto y lo suelta, se deslizaría hacia esa superficie plana.

Con la gota libre de agua, el equilibrio de las fuerzas internas la lleva a esa forma esférica simétrica. Cualquier distorsión es como levantar un bulto. La atracción es más fuerte para devolverlo a la forma redonda que dejarlo sobresaliendo.

Todo esto es en ausencia de otras fuerzas. Una vez que una gota de lluvia comienza a caer por el aire, el aire aplica fuerzas. Eso distorsiona la forma. Para gotas muy pequeñas, hay muy poca distorsión y siguen siendo esencialmente esféricas. Para gotas más grandes, se aplanan un poco en la parte inferior debido a la embestida en el aire por el que se caen. Cuando crecen aún más, se dividen en gotas más pequeñas.

Naturalmente, la esfera es una forma que tiene el área de superficie más pequeña entre todas las formas considerando el volumen constante.

Otro hecho que cuando una gota de lluvia comienza a caer, experimenta arrastre hacia arriba debido a un medio viscoso, es decir. Aire (similar al empuje ascendente de Archemides para líquidos) de acuerdo con la Ley de Golpe (F = 6pie veces eta × velocidad × dimensión).

Y para imitar esta fuerza (que es una tendencia natural de todos los objetos en la naturaleza a alcanzar la energía mínima), una gota de lluvia adquiere una forma esférica ya que la dimensión es más pequeña para la esfera.

Y eso porque otros factores (velocidad y viscocidad = eta) son casi constantes.

La razón detrás de esto es el fenómeno de la tensión superficial, las gotas de agua intentan ocupar la menor área superficial formando así una esfera. Sin embargo, la esfera no es perfecta debido a la fuerza de la gravedad sobre la gota.

A medida que las gotas de lluvia comienzan a caer, inicialmente son esféricas debido a la tensión superficial del agua que tira por igual alrededor de la gota. Pronto, sin embargo, se aplanan en la parte inferior, debido a la resistencia del aire a medida que caen, y terminan en forma de hamburguesa.

Las gotas de lluvia que caen por el aire no son esféricas. Las gotas de agua en caída libre al vacío son esféricas. La tensión superficial del agua hace que la superficie de un volumen de agua sea lo más pequeña posible. La forma 3D de un volumen dado con la superficie más pequeña es una esfera.

porque la forma esférica tiene menos área exterior en todas las formas (por el mismo valor)

Lo que significa menos presión, y todas las cosas se mueven de mayor presión a menor

Las gotas de lluvia son de naturaleza esférica debido a la tensión superficial …

Debido a la tensión superficial, la caída tiende a minimizar su área, por lo tanto, si forma una forma ciruclar.

Porque la esfera es la única forma que tiene la relación superficie / volumen más baja. Ayuda al agua a distribuir la presión del agua por igual en todas las direcciones.

No es. Está determinado por un equilibrio entre las fuerzas gravitacionales en todas las partes de la caída y el arrastre en la superficie.