ทำไมหยดน้ำจึงมีรูปร่างเหมือนลูกบอล ทำไมรอบดรอป

"บทความ" หยดน้ำ - ตามนั้น" เราจะพูดถึงว่าหยดน้ำคืออะไร แตกต่างจากน้ำไม่หยดอย่างไร และสิ่งที่น่าสนใจอื่นๆ

หยดน้ำตามที่เป็นอยู่เป็นวิธีหนึ่งในการมองโลกรอบตัวเราให้ละเอียดยิ่งขึ้น มองด้วยตาที่ต่างกัน จากมุมที่ต่างออกไป ไม่ใช่แบบปกติ แต่แตกต่าง ในกรณีของเราเป็นวิทยาศาสตร์อีกเล็กน้อย

ดังนั้น ในกรณีส่วนใหญ่ หยดน้ำจะถูกมองว่าเป็นลูกบอลน้ำ ซึ่งระคายเคืองเมื่อหยดจากก๊อกน้ำ และพอใจเมื่อฝนตกนอกหน้าต่าง

แต่นี่เป็นเพียงแวบแรกเท่านั้น ดังนั้นตามพจนานุกรม:

หยดคือของเหลวจำนวนเล็กน้อยที่มีรูปร่างโค้งมนเนื่องจากการยึดเกาะของอนุภาค น้ำหนักของหยดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สารของร่างกายที่หยดถูกแยก ขนาดของร่างกายนี้ และแรงตึงผิวของของเหลว

หยดคือของเหลวปริมาณเล็กน้อยที่ล้อมรอบด้วยพื้นผิวของการปฏิวัติหรือใกล้กับมัน รูปร่างของหยดถูกกำหนดโดยการกระทำของแรงตึงผิวและแรงภายนอก

แรงตึงผิวคือแรงที่โมเลกุลของสารถูกดึงดูดลึกเข้าไปในวัสดุ มีคำอธิบายที่ลึกซึ้งกว่านั้นแน่นอน (แรงตึงผิวคืองานของการเกิดไอโซเทอร์มอลแบบย้อนกลับได้ของพื้นที่หนึ่งหน่วยของพื้นผิวนี้ วัสดุ BES) แต่ในความเป็นจริง ทุกอย่างค่อนข้างง่าย ในกรณีของน้ำ แรงตึงผิวของน้ำเป็นเพียงโมเลกุลของน้ำที่ดึงดูดซึ่งกันและกัน เหมือนฝุ่นเหล็กรอบแม่เหล็ก

ดังนั้นเราจึงมีแรงสองอย่าง - โมเลกุลของน้ำจะดึงดูดกัน ดังนั้นเมื่อพวกมันดึงดูดกันภายใต้เงื่อนไขบางประการจะเกิดการดรอป

เงื่อนไขการดรอป:

• เมื่อของเหลวไหลออกจากขอบพื้นผิวหรือจากรูเล็ก ๆ (หยดเดียวกันตกลงมาจากก๊อก)
• เมื่อไอน้ำควบแน่น:
  • ก) บนพื้นผิวที่แข็งและไม่เปียก
  • b) บนจุดศูนย์กลางของการควบแน่น (ตัวอย่างคือเมื่อมีบางอย่างเข้ามาจากหมอกที่เย็นยะเยือก)
• เมื่อฉีดพ่นของเหลว (โดยวิธีการฉีดพ่นของเหลวใช้ในการดับเพลิง)
• อิมัลซิฟิเคชั่น (ผสมของเหลวหนึ่งเป็นของเหลวอื่นที่ไม่ละลายในนั้น ตัวอย่างเช่น อิมัลซิฟิเคชันเกิดขึ้นเมื่อน้ำมันและน้ำผสมกัน)
• น้ำค้างเกิดขึ้นเมื่อไอน้ำควบแน่นบนพื้นผิว หมอก และเมฆ - เมื่อไอน้ำควบแน่นบนอนุภาคฝุ่นในอากาศ

ในแต่ละกรณี สถานการณ์จะทำให้เกิดปริมาณน้ำน้อยมาก ถ้าอย่างนั้นแรงตึงผิวของเราที่ศึกษาข้างต้นก็มีผลบังคับใช้

ดังนั้น, ทรงหยดน้ำถูกกำหนดโดยการกระทำของแรงตึงผิว (เราได้กำหนดแล้วว่ามันคืออะไร) และแรงภายนอก (แรงโน้มถ่วงหลัก) หยดด้วยกล้องจุลทรรศน์ซึ่งแรงโน้มถ่วงไม่ได้มีบทบาทชี้ขาดมีรูปร่างเป็นลูกบอล - ร่างกายที่มีพื้นผิวขั้นต่ำสำหรับปริมาตรที่กำหนด (เนื่องจากโมเลกุลของน้ำถูกดึงดูดเข้าหากันอย่างสม่ำเสมอ) หยดขนาดใหญ่ภายใต้สภาวะบนบกจะมีรูปร่างเป็นทรงกลมก็ต่อเมื่อความหนาแน่นของของเหลวของหยดและสภาพแวดล้อมเท่ากัน

เม็ดฝนที่ตกลงมาภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ความดันของการไหลของอากาศที่กำลังจะมาถึงและความตึงผิวจะมีรูปร่างยาวขึ้น บนพื้นผิวที่ไม่เปียกน้ำ หยดละอองจะอยู่ในรูปของลูกบอลที่แบนราบ อย่างไรก็ตาม เม็ดฝนต้องมีขนาดไม่เกิน 5 มม. เนื่องจากเม็ดฝนขนาดใหญ่จะถูกบดขยี้ในอากาศ

รูปทรงของหยดน้ำมีความเหมาะสมตามหลักอากาศพลศาสตร์ เนื่องจากมีพื้นผิวที่ป้องกันแรงต้านของอากาศระหว่างการบินได้น้อยที่สุด

ดังนั้นหยดน้ำจึงเป็นเรื่องบังเอิญ

บางส่วนมีหน้าที่ในการบดน้ำให้เป็นส่วนเล็ก ๆ ในขณะที่บางส่วนมีหน้าที่ในการดึงดูดโมเลกุลของน้ำให้กันและกัน

ขึ้นอยู่กับวัสดุ http://voda.blox.ua/2009/05/Chto-takoe-KAPLYa-VODY.html

เราเคยชินกับความคิดที่ว่าหยดน้ำมีรูปร่างเหมือนลูกบอล อันที่จริง มันแทบไม่เคยเป็นลูกบอลเลย แม้ว่าแบบฟอร์มนี้จะมีปริมาตรน้อยที่สุดก็ตาม

หยดที่วางอยู่บนพื้นผิวแนวนอนจะแบน หยดน้ำที่ตกลงมาในอากาศมีรูปร่างที่ซับซ้อน และมีเพียงสภาวะไร้น้ำหนักเพียงหยดเดียวเท่านั้นที่มีรูปร่างเป็นทรงกลม

สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่ให้ภาพถ่ายของเม็ดฝนที่ตกลงมาในทันที โดยเฉพาะอย่างยิ่งหยดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม. มีรูปร่างใกล้เคียงกับรูปร่างของหมวกเห็ด หยดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะมีรูปร่างใกล้เคียงกับทรงกลม

การก่อตัวของหยดสามารถอธิบายได้สามสถานะลักษณะ สถานะ A สอดคล้องกับจุดเริ่มต้นของการก่อตัวของหยด: พื้นผิวของเหลวที่ปลายท่ออยู่ในแนวนอน รัศมีความโค้งของมันมีขนาดใหญ่มาก แรงตึงผิวตั้งฉากกับผนังท่อและไม่ป้องกันไม่ให้ของเหลวไหลออก หลังจากผ่านไปครู่หนึ่ง การหยดจะผ่านเข้าสู่สถานะ B ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยแรง Laplacian สูงสุด ซึ่งจะทำให้อัตราการเกิดหยดช้าลงและส่งผลให้อัตราการไหลออก ในสถานะนี้รัศมีความโค้งของพื้นผิว r จากนั้นปริมาตรของหยดจะเพิ่มขึ้น มันจะผ่านเข้าสู่สถานะ C ซึ่งกำหนดลักษณะขั้นตอนหลักของการก่อตัวของการตก: แรง Laplacian มีขนาดใหญ่ แต่น้อยกว่าในสถานะ B และลดลงอีกเมื่อรัศมีการตกเพิ่มขึ้น เวลาสะสมมวลที่จำเป็นสำหรับการแยกตัวออกมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับเวลาที่เปลี่ยนจากสถานะ A เป็นสถานะ B อัตราการไหลยังคงลดลง

รัศมีหยด

การร่วงหล่นของน้ำฝนเนื่องจากสัมพัทธภาพของการเคลื่อนที่เชิงกลไก ในการประมาณค่าแรกๆ สามารถแทนที่ด้วยการลอยของหยดน้ำในกระแสอากาศจากน้อยไปมาก

เราทำซ้ำการทดลองที่อธิบายไว้ในวารสาร หยดถูกวางลงในเครื่องบินไอพ่นโดยใช้กระบอกฉีดยาทางการแพทย์ ในการทำเช่นนี้ปลายเข็มถูกวางไว้ในกระแสลมและค่อยๆบีบน้ำออกจากหลอดฉีดยาเพื่อให้ได้ปริมาตรต่างๆ หยดเนื่องจากการเปียกสามารถเก็บไว้บนเข็มได้ในบางครั้ง ณ จุดนี้สามารถสังเกตรูปร่างของหยดได้ชัดเจนแล้ว หลังจากนั้นครู่หนึ่ง หยดจะหลุดออกจากปลายเข็มและลอยขึ้นไปในอากาศเป็นเวลาสองสามวินาที คราวนี้ก็เพียงพอแล้วที่จะตรวจสอบรูปร่างของหยดน้ำขนาดต่างๆ หรือถ่ายภาพพวกมัน

ในการศึกษานี้ ปรากฎว่าหยดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กมีรูปร่างใกล้เคียงกับลูกบอล และหยดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าจะมีรูปร่างคล้ายกับหมวกเห็ด

การสังเกตการสลายตัวของการตกลงไปในวงแหวนและปฏิกิริยาของวงแหวน

เราตัดสินใจที่จะสังเกตการแตกตัวของหยดลงในวงแหวนเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลที่นำเสนอโดยผู้เขียนเกี่ยวกับพฤติกรรมของหยดหมึกบนพื้นผิวและในน้ำ ในระหว่างการทดลอง เราบันทึกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นมากขึ้นมีแนวโน้มลดลงตามกฎหมายที่อธิบายโดยความไม่เสถียรของ Rayleigh-Taylor ด้วยการก่อตัวของกระแสน้ำวน

ในการทำเช่นนี้ เราใช้ภาชนะแก้วใสซึ่งเต็มไปด้วยน้ำ เลือกเส้นเลือดฝอยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างๆ ดังนั้นจึงได้หยดรัศมีต่างๆ

พฤติกรรมของหยดหมึกขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายประการ: หากของเหลวมีความหนาแน่นสูง เช่น สารละลายของโซเดียมคลอไรด์ หรือหยดหนึ่งตกจากที่สูงมากและกระทบพื้นผิวของของเหลวด้วยความเร็วสูง ของเหลวก็จะแตก เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยและไม่ซึมลึกลงไปในของเหลว แต่ถ้าความหนาแน่นของของเหลวน้อยกว่าหมึกเล็กน้อยและหยดตกลงมาจากความสูงหลายเซนติเมตรการเปลี่ยนแปลงที่น่าสนใจก็เกิดขึ้น

หากคุณค่อยๆ นำหมึกหยดหนึ่งไปยังพื้นผิวและสัมผัสมัน หยดนั้นจะถูกดึงลงไปในน้ำทันทีและเริ่มเคลื่อนลงมาด้วยความเร็วสูง การลดลงจะได้รับความเร็วนี้ภายใต้การกระทำของแรงดึงดูดซึ่งกันและกันของโมเลกุลของเหลว แรงที่เกิดขึ้นในกรณีนี้เรียกว่า แรงตึงผิว เนื่องจากมักจะลดพื้นผิวที่ว่างของของเหลว ดึงเข้าและปรับระดับความไม่สม่ำเสมอของแรงที่เกิดขึ้น

ขั้นแรก หยดหมึกจะถูกจุ่มลงในน้ำด้วยความเร็วสูง แต่จากนั้นการเคลื่อนที่ของหมึกจะช้าลง สาเหตุของการเคลื่อนที่นี้คือแรงอาร์คิมีดีน ซึ่งเกือบจะสร้างสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วง และแรงเสียดทานระหว่างหยดน้ำกับน้ำนิ่ง เนื่องจากแรงเสียดทานทำหน้าที่เฉพาะบนพื้นผิวด้านนอกของหยด หลังจากผ่านไปสองสามเซนติเมตร หยดจะเปลี่ยนเป็นวงแหวนหมุน

กลไกการก่อตัวของวงแหวนน้ำวนนั้นค่อนข้างง่าย: พื้นผิวด้านข้างของหยดน้ำถูกลดความเร็วลงเมื่อเทียบกับน้ำนิ่งและเริ่มล้าหลังส่วนด้านใน ตำแหน่งกลางที่ล้มเหลวถูกครอบครองด้วยน้ำบริสุทธิ์

แหวนไม่สามารถคงความกลมได้อย่างสมบูรณ์นาน: การหมุนของวงแหวนจะช้าลงและมีการบวมและยุบตัว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความไม่เสถียรของ Rayleigh-Taylor ซึ่งหมายความว่าชั้นของของเหลวหนักที่วางอยู่บนชั้นของของเหลวที่เบากว่าสามารถอยู่ในสภาวะสมดุลได้ แต่สมดุลนี้จะไม่เสถียร ทันทีที่ส่วนต่อประสานของของเหลวโค้งเล็กน้อย ของเหลวหนักจะพุ่งเข้าสู่ความกดอากาศ และของเหลวที่เบาจะเริ่มลอย เพิ่มความบวม นี่เป็นเรื่องธรรมชาติโดยสมบูรณ์: ของเหลวมักจะอยู่ในตำแหน่งสมดุลที่มั่นคง เมื่อแสงอยู่ด้านบนและด้านล่างมีน้ำหนักมาก

การเคลื่อนที่ของไอพ่นในของเหลวที่อยู่กับที่นั้นทำให้นึกถึงการเคลื่อนที่ของหยดเดียวในหลายๆ ด้าน: ภายใต้การกระทำของแรงหนืด วงแหวนน้ำวนจะก่อตัวขึ้นอีกครั้งที่ส่วนท้ายของเจ็ท ซึ่งในไม่กี่วินาทีภายใต้ การกระทำของความไม่แน่นอนของ Rayleigh-Taylor จะสร้างเครื่องบินไอพ่น 2-3 ลำ กระบวนการ "แตกหน่อ" นี้จะเกิดขึ้นซ้ำๆ หลายครั้งจนกว่าหมึกจะไปถึงก้นกระป๋อง โดยทิ้งร่องรอยไว้เบื้องหลัง

เมื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ของวงแหวนกระแสน้ำวนในขณะที่พวกมันอยู่ที่ความสูงเท่ากันพวกมันก็เริ่มมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เป็นไปได้สามกรณี

กรณีแรก - วงแหวนที่สองแซงวงแรกโดยไม่ต้องสัมผัส ในกรณีนี้ สิ่งต่อไปนี้จะเกิดขึ้น ประการแรกการไหลของน้ำจากวงแหวนทั้งสองอย่างที่เคยเป็นมาขับไล่วงแหวนออกจากกัน ประการที่สอง ตรวจพบการไหลของหมึกจากวงแหวนแรกไปยังวงแหวนที่สอง: น้ำที่ไหลในวงแหวนที่สองนั้นรุนแรงกว่าและพวกมันก็นำหมึกไปด้วย บางครั้งหมึกบางส่วนจะไหลผ่านวงแหวนที่สอง ซึ่งทำให้เกิดวงแหวนขนาดเล็กขึ้นใหม่ จากนั้นวงแหวนก็เริ่มแบ่งเราไม่สามารถสังเกตเห็นสิ่งที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้

กรณีที่สอง - วงแหวนที่สองสัมผัสกับวงแหวนแรกเมื่อแซง เป็นผลให้กระแสที่รุนแรงมากขึ้นของวงแหวนที่สองทำลายวงแรก ตามกฎแล้ว vortices ขนาดเล็กใหม่จะเกิดขึ้นจากก้อนหมึกที่เหลืออยู่จากวงแหวนแรก

กรณีที่สาม - วงแหวนได้รับผลกระทบตรงกลาง ในกรณีนี้วงแหวนที่สองจะผ่านวงแหวนแรกและลดขนาดลงในขณะที่วงแหวนแรกจะขยายออก เช่นเดียวกับในกรณีก่อนหน้านี้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำร่วมกันของการไหลของน้ำจากวงแหวนหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่ง ในอนาคตแหวนเริ่มแบ่งออก

หน้า 2

ของเหลวหยดหนึ่งสามารถกระจายไปทั่วพื้นผิวได้หากพื้นผิวเปียกอย่างดี และหากพื้นผิวเปียกไม่ดี หยดจะไม่กระจาย

ของเหลวหยดหนึ่งบนพื้นผิวของของแข็งสามารถแพร่กระจายเป็นฟิล์มบาง ๆ หรือยังคงอยู่บนพื้นผิวในรูปของเลนส์

ของเหลวที่หยดลงบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งไม่ก่อให้เกิดมุมสัมผัสคงที่ในทันที

หยดของเหลวจะกระจายบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งภายใต้อิทธิพลของการดึงดูดของโมเลกุลของเหลวไปยังโมเลกุลที่เป็นของแข็ง รวมทั้งตามแนวเส้นรอบวงของหยดที่ระยะห่างของการกระทำของแรงระดับโมเลกุล เช่นเดียวกับภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง การแพร่กระจายถูกป้องกันโดยแรงดึงดูดของโมเลกุลของเหลวซึ่งกันและกัน การแพร่กระจายของน้ำมันที่มีสารเติมแต่งบนพื้นผิวโลหะมักเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน

ของเหลวหนึ่งหยด (หลังจากเติมหยดน้ำและทำให้เย็นลง) ผสมกับสารละลายไดฟีนิลลามีนในกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

หยดของเหลว A วางบนเหรียญเงิน การปรากฏตัวของจุดสีน้ำตาลดำอย่างรวดเร็วซึ่งลบไม่ออกด้วยน้ำบ่งชี้ว่ามีกำมะถัน

ของเหลวที่มีเซลล์หยดเล็ก ๆ วางอยู่บนขอบขัดเงาของเส้นเลือดฝอยในห้อง และสังเกตเซลล์โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ หากเซลล์ลอยอย่างอิสระในของเหลว เช่น ในกรณีของ Paramecium ก็สามารถนำเข้าสู่หลอดได้อย่างรวดเร็ว มิฉะนั้นควรนำเข็มขนาดเล็กเข้าไปในเส้นเลือดฝอย หลังจากที่เซลล์ถูกนำเข้าสู่เส้นเลือดฝอย น้ำหรือของเหลวที่เซลล์ตั้งอยู่จะถูกเช็ดออกและปิดช่องเปิดโดยใช้แผ่นปิดที่ทาด้วยวาสลีนบางๆ วางหลอดลงในน้ำของบีกเกอร์ Dewar ด้านใน และเติมบีกเกอร์ด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ หลังจากผ่านไปประมาณหนึ่งชั่วโมงอุณหภูมิจะถึงจุดสมดุล นำสารละลายอัลคาไลออกจากถ้วยด้วยปิเปตบางๆ แล้วเช็ดด้วยสำลีก้าน หนึ่งชั่วโมงต่อมา วงเดือนถูกนำเข้าสู่มุมมองของกล้องจุลทรรศน์ กำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์ควรเป็นขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นเลือดฝอยประมาณ 100 เส้นพอดีภายในขอบเขตการมองเห็น ควรใส่ไมโครมิเตอร์ตาเข้าไปในช่องมองภาพของกล้องจุลทรรศน์ สังเกตอัตราการเคลื่อนที่ของวงเดือนและบันทึกเป็นหน่วยของมาตราส่วนไมโครมิเตอร์ ระหว่างการตรวจวัด อุณหภูมิและความดันจะได้รับการตรวจสอบเป็นระยะ หากเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด ผลการวัดถือว่าไม่น่าเชื่อถือและละทิ้งไป

หากหยดของเหลวเกิดขึ้นจากการฉีดแก๊ส ความปั่นป่วนที่เกิดขึ้นภายในนั้นยิ่งใหญ่มากจนความต้านทานการแพร่กระจายของชั้นผิวของมันมีขนาดเล็กมาก การใช้หลักการฉีดช่วยให้กระบวนการดูดซึมดำเนินการได้ในระดับความเข้มข้นสูง

ทำไมของเหลวหนึ่งหยดจึงมีลักษณะเป็นทรงกลม?

หากวางของเหลวลงในกระแสปั่นป่วนของของเหลวที่ไม่สามารถผสมกับมันได้ มันก็จะสลายตัวภายใต้อิทธิพลของการเต้นเป็นจังหวะที่ปั่นป่วน ในกรณีนี้ การกระเพื่อมขนาดใหญ่ ซึ่งเปลี่ยนแปลงค่อนข้างน้อยในระยะทางตามลำดับขนาดการดรอป จะไม่ส่งผลกระทบ การเสียรูปและการบดอัดเกิดจากการเต้นของจังหวะขนาดเล็ก ผลการบดขยี้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าในกระแสปั่นป่วนความเร็วของของเหลวของเฟสภายนอกใกล้กับพื้นผิวของทรงกลมที่จุดสองจุดจะแตกต่างกัน

หากของเหลวหยดหนึ่งวางบนพื้นผิวที่ของเหลวนี้ไม่เปียก ของเหลวนั้นจะถูกทำให้แบนภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม แรงตึงผิวช่วยให้หยดไม่แบนราบเป็นที่สุด เนื่องจากการแบนหมายถึงการเพิ่มพื้นที่ผิว

หากหยดของเหลววางบนพื้นผิวของของเหลวอื่นหรือของแข็งที่เข้ากันไม่ได้ ก็สามารถแพร่กระจายหรือคงอยู่ในรูปแบบของการหยดแบบไม่กระจาย ขึ้นอยู่กับแรงตึงผิวของของเหลวทั้งสองชนิดและแรงตึงผิวระหว่างของเหลวทั้งสอง เช่นเดียวกันหากเฟสล่างเป็นของแข็ง

แน่นอนคุณสังเกตเห็นว่าหยดที่กระจัดกระจายแบบสุ่มมักมีรูปร่างกลม ทำไมรอบดรอป?

หากสังเกตดีๆ จะเห็นว่ารูปทรงของหยดน้ำไม่กลมเลยทีเดียว ตัวอย่างเช่น หากคุณดูเม็ดฝนจากด้านล่าง เม็ดฝนจะดูเหมือนแบนราบ ลูกบอลในอุดมคตินั้นเป็นไปได้ภายใต้สภาวะไร้น้ำหนักเท่านั้น และเนื่องจากเราอยู่บนโลก หยดน้ำ (เช่นเดียวกับร่างกายทั้งหมดบนโลกของเรา) จึงถูกเปิดเผย แรงดึงดูด. ทำให้แบนเล็กน้อย ดังนั้นรูปร่างของหยดน้ำจึงไม่ใช่ทรงกลม แต่เป็นทรงรี แม้ว่าจะมีระยะห่างระหว่างโฟกัสที่เล็กมาก

แรงอื่นใดนอกจากแรงดึงดูดที่กระทำต่อการตกหล่น? แรงตึงผิว เพื่ออธิบายว่ามันทำงานอย่างไร มาดูหลักสูตรฟิสิกส์โมเลกุลกัน พื้นผิวของหยดถือได้ว่าเป็นฟิล์มที่ประกอบด้วยโมเลกุล และโมเลกุลของชั้นนอกของมันนั้นไม่อยู่ในสภาพที่เท่ากันกับโมเลกุลของชั้นใน โมเลกุลของชั้นนอกของฟิล์มมีพลังงานอิสระสูงกว่า ในความพยายามที่จะถ่ายเทพลังงานส่วนเกินและพยายามเจาะเข้าไปในชั้นในของหยด พวกเขาสร้างแรงกดดัน เวกเตอร์แรงกดจะมุ่งตรงไปยังจุดศูนย์กลางของหยดเสมอ และแรงที่โมเลกุลของชั้นนอกของหยดสร้างแรงกดดันต่อโมเลกุลของชั้นในเรียกว่า แรงตึงผิว.

ดังนั้นยิ่งหยดน้อยลงเท่าไรก็ยิ่งกลมมากขึ้นเท่านั้น - พวกมันจะถูกรวบรวมเป็นลูกบอลด้วยแรงตึงผิว แต่หยดที่มีขนาดใหญ่กว่าจะมีรูปร่างที่ยาวขึ้น เพราะมันหนักเกินไปและแรงนี้ไม่เพียงพอที่จะทำให้มันอยู่ในรูปของลูกบอลอีกต่อไป

แต่คำถามยังคงเปิดอยู่: ทำไมมันยังเป็นทรงกลมอยู่? ทฤษฎีข้างต้นไม่ได้อธิบายสิ่งนี้อย่างเต็มที่ ความจริงก็คือโมเลกุลทั้งหมดที่อยู่บนพื้นผิวทรงกลมนั้นมีสถานะพลังงานเท่ากัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง พื้นผิวทรงกลมมีความเสถียรมากที่สุด เนื่องจากเป็นตำแหน่งที่เป็นประโยชน์ต่อระบบมากที่สุด โดยทั่วไปแล้ว ลูกบอลจะมีลักษณะที่กะทัดรัดที่สุด

หากการหยดถูกยืดออก โมเลกุลที่อยู่บนบริเวณที่ยืดออกจะได้รับพลังงานส่วนเกินที่สูงขึ้น ในความพยายามที่จะทิ้งพลังงานส่วนเกิน โมเลกุลจะคืนการตกสู่สถานะเดิมอีกครั้ง ซึ่งจะทำให้ระบบเข้าสู่สมดุลในที่สุด

จากข้างบนนี้ แรงตึงผิวอย่างที่เคยเป็นมา กักเก็บน้ำไว้ใน "ผิวหนัง" ที่ยืดหยุ่นได้ - เปลือก ฝักนี้ทำให้หยดห้อยลงมาจากปลาย faucet หากการดรอปมีขนาดใหญ่เกินไป เปลือกจะไม่ทน มันจะแตก และหยดจะตกลงมา

ต้องขอบคุณแรงตึงผิวที่แมลงสไตรเดอร์น้ำตัวเล็กๆ สามารถเดินบนผิวน้ำได้โดยไม่ต้องกระโจนลงไปในน้ำ และกิ้งก่าบาซิลิสก์สามารถข้ามแม่น้ำหรือทะเลสาบเล็กๆ บนผิวน้ำได้อย่างง่ายดาย

ทำหยดน้ำแบนๆได้ไหม? ใช่และมันง่ายมาก จำเป็นต้องแตะเบา ๆ ด้วยปลายหลอดสบู่ หยดน้ำจะแบนราบเพราะสบู่ทำให้แรงตึงผิวของน้ำอ่อนลง และความแข็งแรงของสบู่ก็ไม่เพียงพอที่จะทำให้หยดน้ำอยู่ในรูปของลูกบอลได้อีกต่อไป

ฟองสบู่ทำอย่างไร? เมื่อเราเติมสบู่ลงในน้ำ แรงตึงผิวจะลดลง และพื้นผิวของน้ำจะยืดออกและยืดหยุ่นมากขึ้น—ยืดหยุ่นมากจนคุณเป่าลมเข้าไปและขยายเป็นฟองได้ ก็เหมือนเติมน้ำในลูกโป่ง

ดังนั้นหยดน้ำจึงไม่กลม แต่เป็นทรงรี เปลือกของของเหลวต่าง ๆ มีระดับความแข็งแรงต่างกัน ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์มีแรงตึงผิวต่ำกว่าน้ำ ดังนั้นจึงเกิดเป็นหยดเล็กๆ ในทางกลับกัน ปรอทมีแรงตึงผิวมากกว่าน้ำถึง 6 เท่า ดังนั้นเมื่อเทอร์โมมิเตอร์แตก มันจะแตกออกเป็นลูกเล็กๆ จำนวนมาก