Iste ste niekedy pozerali na dážď, nechápali ste a žasli nad tým, ako na neho padajú dažďové kvapky. Kvapky, ktoré vždy pripomínajú kruhové alebo oválne tvary, a ktoré osobne vidíte, ako padajú, akoby to boli ihly. Aké záhady sa skrývajú za vznikom kvapiek vody? Čo sa skrýva pod povrchom drobných kvapôčok vody a prečo sa kvapky vody tvoria?
Ak chcete rozlúštiť všetky tieto záhady a pochybnosti, pokračujte v čítaní
Kvapka vody
Voda je najrozšírenejším prvkom na zemskom povrchu. Vďaka vode môže existovať život, ako ho poznáme. Bez nej by neexistovali rieky, jazerá, moria ani oceány. Navyše, my sami by sme nemohli žiť, pretože sme zložení približne zo 70 % z vody.
Voda sa nachádza v troch skupenstvách: tuhom (ako ľad), kvapalnom (voda) a plynnom (vodná para). Zmena jej skupenstva závisí výlučne od teploty a tlaku. Keď sa na ľad aplikuje teplo, jeho energia zvyšuje vibrácie molekúl vody vo vnútri a ľad sa začne topiť. Ak toto teplo pokračuje, častice sa oddelia natoľko, že sa z nich stane plyn. Vodná para nie je nič viac ako drobné kvapôčky vody. Ale…
Prečo sa tvoria kvapky vody?
Keď ukazujeme na molekuly, ktoré tvoria vodu, predstavujeme si ich ako kruhové, ako gule držané pohromade vibráciou a rotáciou. Ak by to tak bolo, prečo sa voda pri rozliatí neroztečie na hrúbku jednej molekuly? Deje sa to kvôli niečomu, čo sa nazýva povrchové napätie. Vďaka povrchovému napätiu medzi molekulami môžeme položiť ihlu na pohár alebo vodochodce môžu chodiť po vode.
Aby ste to pochopili, musíte vedieť, čo sa deje vo vnútri kvapaliny. Voda je tvorená molekulami, ktoré sú zase atómami. Každý atóm má kladné náboje (protóny) a záporné náboje (elektróny) a majú jednu alebo druhú formu v závislosti od typu molekuly, ktorú tvoria. Niekedy elektrónový obal navzájom priťahuje viac a inokedy protóny a elektróny. Preto vieme, že existujú sily príťažlivosti a odporu.
Keď pozorujeme molekulu vo vnútri kvapaliny, vidíme, ako je úplne obklopená inými molekulami a ako sa všetky medzimolekulové sily navzájom rušia. Ak jedna molekula ťahá doľava, iná bude ťahať doprava s rovnakou intenzitou, takže sa navzájom rušia. Vďaka tomu majú molekuly menej energie a sú stabilnejšie . Vždy sa hľadá stav, ktorého udržanie si vyžaduje najmenej energie; čo je horúce, ochladzuje, čo je vysoko, klesá atď.
Veci sa komplikujú, keď sa pozrieme na molekuly v povrchovej vrstve vody. Tieto molekuly nie sú úplne obklopené inými molekulami. Pôsobia na ne sily iba z jednej strany, ale nie z druhej. Aby sa tento problém prekonal, molekuly sa preskupujú a snažia sa nájsť tvar, ktorý minimalizuje povrch, ktorý zaberajú. Pre daný objem je geometrickým tvarom s najmenším povrchom guľa.
Z týchto dôvodov sa pri nalievaní vody tvoria kvapky vody, ktoré nadobúdajú kruhový alebo guľovitý tvar. To je tiež dôvod, prečo sa môžu vznášať objekty s malou hmotnosťou a hustejšou ako voda (napríklad vodochodce), pretože hladina vody sa nemá tendenciu rozbíjať, aby umožnila vniknutie cudzieho predmetu. Ak sa chcete dozvedieť viac o správaní vody, môžete si prečítať časť o vodnej pare alebo pokračovať v čítaní o tvare dažďových kvapiek.
Povrchové napätie vo vode je vyššie ako v iných kvapalinách, pretože geometria jej molekúl je uhlová a spôsobuje viac síl.
Prečo sú dažďové kvapky tvarované ako slza?
Keď už je vysvetlený dôvod, prečo sa tvoria kvapky vody, je treba vysvetliť, prečo majú tieto kvapky tvar slzy, keď počas dažďa padajú z neba.
Dažďové kvapky sa zvyčajne zobrazujú v tvare slzy. Pokiaľ však nedopadnú na okno, nemajú tvar slzy. Malé dažďové kvapky majú polomer menší ako jeden milimeter a sú guľovité. Väčšie dažďové kvapky nadobudnú tvar hamburgerovej žemle, keď ich polomer presiahne 4,5 mm. Keď sa to stane, kvapky sa zdeformujú, vytvoria padák s trubicou vody okolo základne a potom sa rozptýlia na menšie kvapôčky.
Táto zmena tvaru kvapôčok vody je spôsobená interakciou dvoch súčasne pôsobiacich síl. Prvou je už spomínané povrchové napätie a druhou je tlak vzduchu , ktorý tlačí základňu kvapky smerom nahor pri jej páde. Keď je kvapka vody menšia, povrchové napätie vyvíja väčšiu silu ako tlak vzduchu, takže kvapka nadobúda guľovitý tvar. S rastúcou veľkosťou kvapky vody sa zvyšuje aj jej rýchlosť pádu, ako aj sila tlaku vzduchu, ktorá na ňu pôsobí. To spôsobuje, že sa kvapka sploští a vytvorí sa v nej priehlbina.
Keď polomer kvapky presiahne 4 mm, priehlbina v strede kvapky sa zväčší tak, že vytvorí vrecko s prstencom vody na vrchu a z tejto veľkej kvapky sa vytvorí niekoľko menších.
Vďaka týmto informáciám sa dozviete niečo viac o kvapkách vody a o tom, prečo majú taký tvar, keď sú na rôznych miestach. Teraz sa môžete pozrieť cez okno s hlbšími poznatkami o prvku, ktorý nám dáva život.
