Фізики пояснили заворожуючі рухи крапель дощу на лобовому склі автомобіля

Поки автомобіль мчить під дощем, деякі краплі води скочуються по лобовому склу, інші скочуються донизу, а деякі немов застрягають на місці. «Це дуже гіпнотизує, чи не так?» — каже дослідник механіки рідини Сунгйон Лі з Університету Міннесоти в Міннеаполісі.

Лі та Аліреза Хушангінежад, дослідник механіки рідини з Корнельського університету, використовували математичні рівняння для опису сил, що діють на краплі дощу. Ця робота виявила кілька чинників, що визначають поведінку крапель, повідомляється в журналі Physical Review Fluids.

Краплі дощу на лобовому склі автомобіля, що рухається, одночасно зазнають впливу сили тяжіння і вітру, що проноситься над автомобілем. Напрямок руху краплі дощу залежить від її розміру, кажуть Лі та Хушангінежад.

Для великих крапель гравітація перемагає, захоплюючи краплі вниз. Для дрібних крапель переважає вітер, який штовхає їх угору схилом. Для дощових крапель середнього розміру сили врівноважуються, і краплі сидять на місці.

Найменші краплі дощу також залишаються на місці, бо вітер не дає достатньої сили, щоб подолати тенденцію води прилипати до скла.

На поведінку крапель дощу впливають й інші чинники. При збільшенні швидкості автомобіля і, відповідно, швидкості вітру, більші краплі дощу потрапляють на лобове скло.

Зниження швидкості автомобіля має протилежний ефект. А якщо автомобіль рухається досить повільно, то вітру буде недостатньо, щоб змусити краплі дощу рухатися вгору. Тим часом лобові скла з крутішим кутом нахилу дають змогу дрібнішим краплям дощу піддаватися гравітації, ніж дрібніші, як показують результати дослідження.

За словами вчених, коли дощові краплі падають, вони сплющуються під дією сил опору повітря, крізь яке вони падають. Краплі дощу мають приблизно 0,5 міліметра в діаметрі. Якщо дощова крапля більша за чверть дюйма в діаметрі, то вона розпадається на менші краплі через опір повітря.

По суті, дощові краплі більші за розміром. Ба більше, велика крапля, діаметром приблизно чверть дюйма має кінцеву швидкість падіння приблизно 10 метрів за секунду або приблизно 20 миль/год. Така швидкість може призвести до ущільнення та ерозії ґрунту, спричиненої силою удару.

Для спрощення розрахунків дослідники вивчали ідеалізовану версію крапель дощу, що ґрунтується тільки на двох вимірах. За словами Лі, це означає, що отримані результати не будуть ідеально підходити до реальних крапель дощу, проте вони можуть дати уявлення про те, чому краплі води поводяться так, як вони поводяться.

За словами Лі, отримані результати не можуть бути повністю застосовні до реальних крапель дощу.