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高速摄像机拍到的水滴形状是球形的,但是为什么各类影视文化作品中的水滴形状都是流线型? 第1页

  

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可能不少人印象中的水滴 是上面尖下面圆的泪状,这多少和海报、节水标志中常用泪状表示水滴有关。实际上,水滴的形状并非如此。

在太空中没有重力影响,水滴为近乎完美的圆球。这是因为水滴的表面张力,在此作用下水滴表面积趋于最小(表面积越小,能量越低)。在体积相同的情况下,球形表面积最小,所以水滴是球形。

实际生活中,重力等影响会使水滴偏离球形。以水龙头为例,水滴摇摇欲坠时,顶端仍与水龙头有小面积的接触(上面的尖),底端下垂,重力和水龙头的附着力将水滴拉扯成长椭球,比较接近泪状。彻底坠落后,水滴很快变成扁椭球并向下运动,然后又变成圆球、长椭球、圆球、扁椭球,如此循环变形,如图。

至于雨滴,文献指出直径小于1mm的雨滴以球形为主,在1-3mm的雨滴以椭球形为主,在3-5mm的雨滴为底部扁平的馒头状,如图(直径是指与雨滴体积相同的球的直径)。雨滴所受重力与直径的三次方成正比,表面张力与直径成正比。当雨滴较小时,重力远小于表面张力,可忽略重力,在表面张力作用下雨滴成球形;雨滴较大时,重力与表面张力相当,不能再忽略,这使得雨滴偏离球形而呈椭球形;雨滴很大时,底部受到较大的空气阻力,使得底部扁平化而呈馒头状。

参考文献:

[1]蔡一坤.穿透现象和液滴形状的关系[J].力学学报,1996(04):106-109.

[2]舒小健,高太长,刘西川,胡帅,江诗阳.基于降水微物理特征测量仪的雨滴形状观测与分析[J].气象,2017,43(01):91-100.




  

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