Капля (жидкость) - Drop (liquid)

Сюда перенаправляются "капля" и "капля дождя". Для использования в других целях см. Капли (значения) и Капли дождя (значения).
Капли воды падают из-под крана.
Поверхностное натяжение предотвращает разрезание капли ножом
Поток дождевой воды из навеса. Среди сил, управляющих образованием капель: поверхностное натяжение, сплоченность, Сила Ван-дер-Ваальса , Неустойчивость Плато – Рэлея..

А уронить или же капля небольшой столбец жидкость, ограниченный полностью или почти полностью свободные поверхности. Капля может образоваться, когда жидкость скапливается на нижнем конце трубы или на другой границе поверхности, образуя свисающую каплю, называемую кулон уронить. Капли также могут быть образованы конденсация из пар или по распыление из большей массы жидкости.

Поверхностное натяжение

Капля воды подпрыгивает на поверхности воды, подверженной колебаниям
Иллюстрированный тест на падение с подвески.

Жидкость образует капли, потому что жидкость проявляет поверхностное натяжение.[1]

Простой способ сформировать каплю - позволить жидкости медленно вытекать из нижнего конца вертикальной трубки небольшого диаметра. Поверхностное натяжение жидкости заставляет жидкость свисать с трубки, образуя подвеску. Когда капля превышает определенный размер, она теряет устойчивость и отделяется. Падающая жидкость также представляет собой каплю, удерживаемую поверхностным натяжением.

Эксперименты по вязкости и падению пека

Основные статьи: Вязкость и Эксперимент с падением высоты звука

Некоторые вещества, которые кажутся твердыми, вместо этого могут быть чрезвычайно вязкий жидкости, потому что они образуют капли и демонстрируют капельное поведение. В знаменитом эксперименты с падением высоты звука, подача - вещество чем-то вроде твердого битум - таким образом показано, что это жидкость. Смола в воронке медленно образует капли, каждая капля формируется и отламывается.

Испытание на падение подвески

В испытании на падение с подвески капля жидкости подвешивается на конце трубки или на любой поверхности с помощью поверхностное натяжение. Сила, обусловленная поверхностным натяжением, пропорциональна длине границы между жидкостью и трубкой, при этом константа пропорциональности обычно обозначается .[2] Поскольку длина этой границы равна окружности трубы, сила поверхностного натяжения определяется выражением

куда d диаметр трубки.

Масса м капли, свисающей с конца трубки, можно найти, приравняв силу тяжести () с компонентой поверхностного натяжения в вертикальном направлении () давая формулу

где α - угол контакта с трубкой, и грамм это ускорение свободного падения.

Предел этой формулы, когда α стремится к 90 °, дает максимальный вес висящей капли для жидкости с заданным поверхностным натяжением, .

Это соотношение лежит в основе удобного метода измерения поверхностного натяжения, обычно используемого в нефтяной промышленности. Существуют более сложные методы, позволяющие учесть развивающуюся форму кулона по мере роста капли. Эти методы используются, если поверхностное натяжение неизвестно.[3][4]

Падение адгезии к твердому телу

Падение адгезия к твердому телу можно разделить на две категории: боковая адгезия и нормальная адгезия. Боковое сцепление напоминает трение (хотя трибологически боковая адгезия - более точный термин) и относится к силе, необходимой для скольжения капли по поверхности, а именно к силе, которая отрывает каплю от ее положения на поверхности только для перевода ее в другое положение на поверхности. Нормальная адгезия - это адгезия, необходимая для отделения капли от поверхности в нормальном направлении, а именно сила, заставляющая каплю отрываться от поверхности. Измерение обеих форм адгезии может быть выполнено с помощью Центробежный баланс адгезии (ТАКСИ). CAB использует комбинацию центробежных и гравитационных сил для получения любого соотношения поперечных и нормальных сил. Например, он может приложить нормальную силу при нулевой боковой силе, чтобы капля оторвалась от поверхности в нормальном направлении, или она может вызвать боковую силу при нулевой нормальной силе (имитируя нулевую сила тяжести ).

Капля

Период, термин капля - это уменьшительная форма слова "капля" - обычно используется для обозначения жидких частицы диаметром менее 500 мкм. В нанесение распылением, капли обычно описываются их предполагаемым размером (т. е. диаметром), тогда как доза (или количество инфекционных частиц в случае биопестициды ) является функцией их объема. Это увеличивается на кубическая функция относительно диаметра; таким образом, капля 50 мкм представляет дозу в 65 мкл, а капля 500 мкм представляет собой дозу в 65 нанолитров.

Скорость

Капля диаметром 3 мм имеет конечную скорость примерно 8 м / с.[5]Капли меньше, чем 1 мм в диаметре достигнет 95% своей конечной скорости в пределах 2 мес.. Но выше этого размера расстояние до конечной скорости резко увеличивается. Примером может служить капля диаметром 2 мм что может достичь этого в 5,6 м.[5]

Оптика

Из-за разных показатель преломления из воды и воздуха, преломление и отражение возникают на поверхности капли дождя, что приводит к радуга формирование.

Звук

Основным источником звука при ударе капли о поверхность жидкости является резонанс возбужденных пузырьков в ловушке под водой. Эти колеблющиеся пузырьки ответственны за большинство звуков жидкости, таких как струя воды или брызги, поскольку на самом деле они состоят из множества столкновений капли с жидкостью.[6][7]

Защита от шума «капающий кран»

Уменьшение поверхностного натяжения тела жидкости позволяет уменьшить или предотвратить шум от падающих в него капель.[8] Это потребует добавления мыло, моющее средство или аналогичное вещество воде. Пониженное поверхностное натяжение снижает шум от капель.

Форма

Формы капель дождя в зависимости от их размеров.

Классическая форма, связанная с каплей (с заостренным концом в верхней части), происходит от наблюдения за каплей, цепляющейся за поверхность. Форма капли, падающей сквозь газ, действительно более или менее сферическая для капель диаметром менее 2 мм.[9] Более крупные капли имеют тенденцию быть более плоскими на нижней части из-за давления газа, через который они проходят.[10] В результате, когда капли становятся больше, образуется вогнутое углубление, которое в конечном итоге приводит к разрушению капли.

Длина капилляра

В длина капилляра коэффициент масштабирования длины, который связывает сила тяжести и поверхностное натяжение, и непосредственно отвечает за форму, которую примет капля конкретной жидкости. Длина капилляра определяется Давление Лапласа, используя радиус капли.

Используя длину капилляра, мы можем определить микрокапли и макрокапли. Микрокапли - это капли с радиусом меньше длины капилляра, причем форма капли определяется исключительно поверхностным натяжением, и они образуют форму сферического колпачка. Если капля имеет радиус больше, чем длина капилляра, они известны как макрокапли, и силы тяжести будут преобладать. Макрокапли будут «сплющены» под действием силы тяжести, а высота капли уменьшится.[11]

Длина капилляра против радиусов капли

Размер

Размер капель дождя обычно составляет от 0,5 мм до 4 мм, причем распределение размеров быстро уменьшается после диаметров, превышающих 2-2,5 мм.[12]

Ученые традиционно считали, что изменение размера капель дождя происходит из-за столкновений на пути к земле. В 2009 году французским исследователям удалось показать, что распределение размеров происходит из-за взаимодействия капель с воздухом, который деформирует более крупные капли и заставляет их дробиться на более мелкие капли, эффективно ограничивая диаметр самых больших капель дождя примерно до 6 мм.[13] Однако капли размером до 10 мм (эквивалент по объему сфере радиусом 4,5 мм) теоретически стабильны и могут левитировать в аэродинамической трубе.[9]Самая крупная зарегистрированная капля дождя имела диаметр 8,8 мм и находилась у основания кучевые облака в окрестностях неподалеку от Атолл Кваджалейн в июле 1999 г. Дождевая капля такого же размера была обнаружена над северной Бразилией в сентябре 1995 г.[14]

Стандартные размеры капель в медицине

Дальнейшая информация: Капля (единица)

В лекарство, это свойство используется для создания капельницы и наборы для внутривенной инфузии, которые имеют стандартизированный диаметр, таким образом, что 1 миллилитр эквивалентно 20 капли. Когда необходимы меньшие количества (например, в педиатрии), используются микрокапли или детские инфузионные наборы, в которых 1 миллилитр = 60 микрокапель.[15]

Галерея

  • Голубой краситель капают в блюдце с молоком.

  • Удар капли воды.

  • Обратный удар от падения.

  • Капля воды, ударяющаяся о металлическую поверхность / образование короны из-за разбрызгивания капли.

  • Капля воды ударяется о влажную металлическую поверхность и выбрасывает новые капли, которые становятся водой. глобулы и скользить по поверхности воды.

  • Капля воды на листе / Гидрофобный эффект / Частично Смачивание.

  • Тройной реактивный двигатель после удара.

  • Фотография капли дождя на листьях папоротника.

  • Отрывная капля.

  • Капли воды образуются из насадки для душа.

  • Капля воды на Сложноцветные

  • Капельки воды преломляют маленький цветок.

  • Капля дождя на листе

  • Капли воды на стекле.

  • Капли фонтанной воды при очень короткой выдержке

  • Капли дождя на Роза лист растения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Удача, Стив (1998). Энциклопедия American Desk. Oxford University Press, США. п. 196. ISBN  978-0-19-521465-9.
  2. ^ Катнелл, Джон Д .; Кеннет В. Джонсон (2006). Основы физики. Wiley Publishing.
  3. ^ Роджер П. Вудворд, доктор философии. «Измерение поверхностного натяжения с использованием метода формы капли» (PDF). Первые десять ангстрем. Получено 2008-11-05. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Ф.К. Хансен; Дж. Родсрун (1991). «Поверхностное натяжение висячей капли. Быстрый стандартный инструмент с использованием компьютерного анализа изображений». Коллоидная и интерфейсная наука. 141 (1): 1–12. Bibcode:1991JCIS..141 .... 1H. Дои:10.1016 / 0021-9797 (91) 90296-К.
  5. ^ а б «Численная модель скорости падения капель дождя в симуляторе водопада» (PDF). 2005-10-04. п. 2. Архивировано из оригинал (PDF) в 2013-07-31. Получено 2013-06-28.
  6. ^ Просперетти, Андреа; Огуз, Хасан Н. (1993). «Воздействие капель на жидкие поверхности и шум дождя под водой». Ежегодный обзор гидромеханики. 25: 577–602. Bibcode:1993АнРФМ..25..577П. Дои:10.1146 / annurev.fl.25.010193.003045.
  7. ^ Рэнкин, Райан С. (июнь 2005 г.). «Пузырьковый резонанс». Физика пузырей, антипузырьков и прочего. Получено 2006-12-09.
  8. ^ Томпсон, Рэйчел. «Ученые наконец-то придумали решение для устранения самого раздражающего домашнего звука в мире».
  9. ^ а б Pruppacher, H.R .; Питтер, Р. Л. (1971). «Полуэмпирическое определение формы облаков и капель дождя». Журнал атмосферных наук. 28 (1): 86–94. Bibcode:1971JAtS ... 28 ... 86P. Дои:10.1175 / 1520-0469 (1971) 028 <0086: ASEDOT> 2.0.CO; 2.
  10. ^ "Форма капли воды". Получено 2008-03-08.
  11. ^ 1952-, Бертье, Жан (2010). Микрофлюидика для биотехнологии. Сильберзан, Паскаль. (2-е изд.). Бостон: Artech House. ISBN  9781596934443. OCLC  642685865.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  12. ^ Макфаркуар, Грег (2010). Распределение дождевых капель по размеру и эволюция. Серия геофизических монографий. 191. С. 49–60. Bibcode:2010GMS ... 191 ... 49M. Дои:10.1029 / 2010GM000971. ISBN  978-0-87590-481-8.
  13. ^ Эммануэль Виллермо, Бенджамин Босса (сентябрь 2009 г.). «Однокапельное дробление капель дождя» (PDF). Природа Физика. 5 (9): 697–702. Bibcode:2009НатФ ... 5..697В. Дои:10.1038 / NPHYS1340. Сложить резюме.
  14. ^ Хоббс, Петр V .; Рангно, Артур Л. (июль 2004 г.). «Сверхбольшие капли дождя». Письма о геофизических исследованиях. 31 (13): L13102. Bibcode:2004GeoRL..3113102H. Дои:10.1029 / 2004GL020167.
  15. ^ «Миллилитр». www6.dict.cc. Получено 2018-08-30.

внешняя ссылка