Физики объяснили завораживающие движения капель дождя на лобовом стекле автомобиля
Смотреть на капли дождя на лобовом стекле автомобиля — это не просто способ пообщаться со своей эмо-стороной. Вы также можете выучить немного физики.
Пока автомобиль мчится под дождем, некоторые капли воды скатываются по лобовому стеклу, другие скатываются вниз, а некоторые словно застревают на месте. «Это очень гипнотизирует, не так ли?» — говорит исследователь механики жидкости Сунгйон Ли из Университета Миннесоты в Миннеаполисе.
Ли и Алиреза Хушангинежад, исследователь механики жидкости из Корнельского университета, использовали математические уравнения для описания сил, действующих на капли дождя. Эта работа выявила несколько факторов, определяющих поведение капель, сообщается в журнале Physical Review Fluids.
Капли дождя на лобовом стекле движущегося автомобиля одновременно испытывают воздействие силы тяжести и ветра, проносящегося над автомобилем. Направление движения капли дождя зависит от ее размера, говорят Ли и Хушангинежад.
Для крупных капель гравитация побеждает, увлекая капли вниз. Для мелких капель преобладает ветер, который толкает их вверх по склону. Для дождевых капель среднего размера силы уравновешиваются, и капли сидят на месте.
Самые маленькие капли дождя также остаются на месте, потому что ветер не дает достаточной силы, чтобы преодолеть тенденцию воды прилипать к стеклу.
На поведение капель дождя влияют и другие факторы. При увеличении скорости автомобиля и, соответственно, скорости ветра, более крупные капли дождя попадают на лобовое стекло.
Снижение скорости автомобиля оказывает противоположный эффект. А если автомобиль движется достаточно медленно, то ветра будет недостаточно, чтобы заставить капли дождя двигаться вверх. Между тем, лобовые стекла с более крутым углом наклона позволяют более мелким каплям дождя поддаваться гравитации, чем более мелкие, как показывают результаты исследования.
Для упрощения расчетов исследователи изучали идеализированную версию капель дождя, основанную только на двух измерениях. По словам Ли, это означает, что полученные результаты не будут идеально подходить к реальным каплям дождя, однако они могут дать представление о том, почему капли воды ведут себя так, как они ведут себя.
По словам Ли, полученные результаты не могут быть полностью применимы к реальным каплям дождя.