Каплю (жидкость)

Капля - или капля это небольшая колонна жидкости , полностью или почти полностью на свободных поверхностях . Капля может образовываться, когда жидкость накапливается в конце трубки или другой поверхностной границы, создавая висящую каплю, называемую подвеской. Капли также могут быть сформированы путем пара или . распыления большей массы твердого тела конденсации Водяной пар будет конденсироваться в капли в зависимости от температуры. Температура, при которой форма капель называется точкой росы .

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение предотвращает разрезание капли воды гидрофобным ножом.

Liquid forms drops because it exhibits surface tension.^{[ 1 ]}

Простой способ сформировать каплю - это позволить жидкости медленно течь из нижнего конца вертикальной трубки малого диаметра. Поверхностное натяжение жидкости заставляет жидкость висеть из трубки, образуя кулон. Когда капля превышает определенный размер, она больше не стабильна и отсоединяется. Падающая жидкость также является каплей, скрепленной поверхностным натяжением.

Эксперименты по вязкости и падению высоты

Некоторые вещества, которые кажутся твердыми, можно показать, что вместо этого являются чрезвычайно вязкие жидкости, потому что они образуют капли и отображают поведение капель. В знаменитых экспериментах по снижению высоты тона , показано, что танца - вещество, похожее на твердый битум - показано, что является жидкостью. Полога в воронке медленно образует капли, каждая капля занимает около 10 лет, чтобы сформироваться и сломаться.

Тест на каплю подвеса

В испытании на каплю подвеса капля жидкости подвежатся с конца трубки или на любой поверхности при поверхностном натяжении . Сила, вызванная поверхностным натяжением, пропорциональна длине границы между жидкостью и трубкой, с постоянной пропорциональности обычно обозначаемой $\gamma$ . ^{[ 2 ]} Поскольку длина этой границы является окружной трубкой, сила из -за поверхностного натяжения определяется

\,F_{\gamma }=\pi d\gamma

где D - диаметр трубки.

The mass m of the drop hanging from the end of the tube can be found by equating the force due to gravity ( $F_{g}=mg$ ) с компонентом поверхностного натяжения в вертикальном направлении ( $F_{\gamma }\sin \alpha$ ), давая формулу

\,mg=\pi d\gamma \sin \alpha

where α is the angle of contact with the tube's front surface, and g is the acceleration due to gravity.

Предел этой формулы, как α доходит до 90 °, дает максимальный вес подвесной падения для жидкости с данным поверхностным натяжением, $\gamma$ .

\,mg=\pi d\gamma

This relationship is the basis of a convenient method of measuring surface tension, commonly used in the petroleum industry. More sophisticated methods are available to take account of the developing shape of the pendant as the drop grows. These methods are used if the surface tension is unknown.^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Drop adhesion to a solid

капли Адгезию до твердого вещества можно разделить на две категории: боковая адгезия и нормальная адгезия. Боковая адгезия напоминает трение (хотя трибологически боковая адгезия является более точным термином) и относится к силе, необходимой для того, чтобы сдвинуть каплю на поверхности, а именно силу, чтобы отсоединить каплю с его положения только для перевода его в другое положение. поверхность. Нормальная адгезия - это адгезия, необходимая для отсоединения капли от поверхности в нормальном направлении, а именно сила, чтобы вывести каплю с поверхности. The measurement of both adhesion forms can be done with the Centrifugal Adhesion Balance (CAB). The CAB uses a combination of centrifugal and gravitational forces to obtain any ratio of lateral and normal forces. Например, он может применить нормальную силу при нулевой боковой силе, чтобы капля улетала от поверхности в нормальном направлении, или может вызвать боковую силу при нулевой нормальной силе (моделирование нулевой гравитации ).

Droplet

Термин «капля» представляет собой миниатюрную форму «падения» - и в качестве направляющей обычно используется для жидких частиц диаметром менее 500 мкм. В применении распыления капли обычно описываются их воспринимаемым размером (т. Е. Диаметр), тогда как доза (или количество инфекционных частиц в случае биопестицидов ) является функцией их объема. Это увеличивается на кубическую функцию относительно диаметра; Таким образом, капля 50 мкм представляет дозу в 65 PL, а капля 500 мкм представляет дозу в 65 нанолитре.

Скорость

Капля с диаметром 3 мм имеет терминальную скорость приблизительно 8 м/с. ^{[ 5 ]} Drops smaller than 1 mm in diameter will attain 95% of their terminal velocity within 2 m . Но выше этого размера расстояние, чтобы добраться до терминальной скорости резко увеличивается. Примером является капля с диаметром 2 мм , которая может достичь этого при 5,6 м . ^{[ 5 ]}

Оптика

Из -за различного показателя преломления воды воздуха и , что , преломление и отражение возникают на поверхностях дождевых капель приводит к образованию радуги .

Звук

Капли капают в воду

Проблемы воспроизведения этого файла? Смотрите помощь в СМИ .

Основным источником звука, когда капля попадает на поверхность жидкости, является резонанс возбужденных пузырьков, пойманных в ловушку под водой. Эти колеблющиеся пузырьки ответственны за большинство жидких звуков, таких как проточная вода или брызги, поскольку они на самом деле состоят из многих столкновений с жидкой жидкостью. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

«Dripping Tap» Профилактика шума

Reducing the surface tension of a body of liquid makes possible to reduce or prevent noise due to droplets falling into it.^{[ 8 ]} Это будет включать в себя добавление мыла , моющего средства или подобного вещества в воду. Снижение поверхностного натяжения уменьшает шум от капания.

Форма

The classic shape associated with a drop (with a pointy end in its upper side) comes from the observation of a droplet clinging to a surface. Форма падения, падающего через газ, на самом деле более или менее сферической для капель диаметром менее 2 мм. ^{[ 9 ]} Большие капли имеют тенденцию быть более плоскими на нижней части из -за давления газа, через который они проходят. ^{[ 10 ]} В результате, по мере того, как падения становятся все больше, формируется вогнутая депрессия, которая приводит к возможным распадам падения.

Капиллярная длина

Длина капилляра - это коэффициент масштабирования длины, который связывает гравитацию , плотность и поверхностное натяжение , и непосредственно отвечает за форму, которую займет капля для конкретной жидкости. Длина капилляра связана с давлением Лапласа , используя радиус капли.

Используя капиллярную длину, мы можем определить микродропы и макродропы. Микроропы представляют собой капли с радиусом меньше длины капилляра, где форма капли регулируется поверхностным натяжением, и они образуют более или менее сферическую форму. Если капля имеет радиус больше длины капилляра, они известны как макродропы, и гравитационные силы будут доминировать. Макродропы будут «сплющены» по гравитации, а высота капли будет уменьшена. ^{[ 11 ]}

Размер

Размеры дождевой капли обычно варьируются от 0,5 мм до 4 мм, при этом распределения размеров быстро уменьшаются в прошлые диаметры, превышающие 2-2,5 мм. ^{[ 12 ]}

Scientists traditionally thought that the variation in the size of raindrops was due to collisions on the way down to the ground. В 2009 году французским исследователям удалось показать, что распределение размеров обусловлено взаимодействием капель с воздухом, которое деформирует большие капли и вызывает их фрагмент на меньшие капли, что эффективно ограничивает самые большие капли дождя примерно до 6 мм. ^{[ 13 ]} Тем не менее, падение до 10 мм (эквивалентное по объему до сферы радиуса 4,5 мм) является теоретически стабильными и может быть обременено в ветряной туннеле. ^{[ 9 ]} Самая большая зарегистрированная дождевая капля была диаметром 8,8 мм, расположенная у основания кучевого облака Contesus в окрестностях атолла Кваджалеина в июле 1999 года. В сентябре 1995 года в северной Бразилии была обнаружена дождя идентичных размеров. ^{[ 14 ]}

Standardized droplet sizes in medicine

В медицине это свойство используется для создания капельников и наборов инфузии IV, которые имеют стандартизированный диаметр , таким образом, что 1 миллилитр эквивалентен 20 капель . Когда необходимы меньшие количества (такие как педиатрия), используются микродропперы или педиатрические наборы инфузии, в которых 1 миллилитр = 60 микроодропов. ^{[ 15 ]}

Галерея

Синий краситель падает в блюдце молока
Влияние капли воды
Backjet от удара
Капли дождя влияют и капают
Капля воды, попадающей на металлическую поверхность и образование короны из -за брызги капли
Капля воды, ударяющей по поверхности влажного металла и выталкивающую больше капель, которые становятся водными шариками и скользят по поверхности воды
Капля воды на листьях, гидрофобный эффект , частичное смачивание
Тройной обратный день после удара
Фотография дождя на папоротнике
Отсоединение капли
Капли воды, образующиеся с душевой головки
Капля воды на астерей
Капли воды преломляют маленький цветок
Капля дождя на листе
Капли воды на стекле
Фонтановые капли воды, как видно из очень короткого воздействия
Дождевые капли на розового растения листе растения
Поток дождевой воды из навеса. Среди сил, которые регулируют формирование капли: поверхностное натяжение , сплоченность , сила Ван -дер -Ваальс , нестабильность плато -Рейли .

Смотрите также

Ссылки

^ Удача, Стив (1998). Американская энциклопедия . Издательство Оксфордского университета, США. п. 196. ISBN 978-0-19-521465-9 .
^ Катнелл, Джон Д.; Кеннет В. Джонсон (2006). Essentials of Physics . Wiley Publishing.
^ Роджер П. Вудворд. «Измерения поверхностного натяжения с использованием метода капля» (PDF) . First Ten Angstroms . Архивировано из оригинала (PDF) 2008-12-17 . Получено 2008-11-05 .
^ FKHansen; G. Rodsrun (1991). "Surface tension by pendant drop. A fast standard instrument using computer image analysis". Colloid and Interface Science . 141 (1): 1–12. Bibcode : 1991jcis..141 .... 1H . doi : 10.1016/0021-9797 (91) 90296-K .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} "Numerical model for the fall speed of raindrops in a waterfall simulator" (PDF) . 2005-10-04. п. 2. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-07-31 . Получено 2013-06-28 .
^ Просперетти, Андреа ; Огуз, Хасан Н. (1993). «Влияние капель на жидкие поверхности и подводной шум дождя». Ежегодный обзор механики жидкости . 25 : 577–602. BIBCODE : 1993ANRFM..25..577P . doi : 10.1146/annurev.fl.25.010193.003045 .
^ Ранкин, Райан С. (июнь 2005 г.). "Bubble Resonance" . The Physics of Bubbles, Antibubbles, and all That . Retrieved 2006-12-09 .
^ Thompson, Rachel (25 June 2018). «Ученые наконец -то придумали решение самого раздражающего бытового звучания в мире» . МАЙСАБЛИЧЕСКИЙ .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Pruppacher, HR; Pitter, RL (1971). «Полуэмпирическое определение формы облака и дождевых капель» . Журнал атмосферных наук . 28 (1): 86–94. Bibcode : 1971Jats ... 28 ... 86p . doi : 10.1175/1520-0469 (1971) 028 <0086: Asedot> 2,0.co; 2 .
^ «Форма капли воды» . Архивировано из оригинала 2008-03-02 . Получено 2008-03-08 .
^ Бертье, Джин (2010). Микрофлюидика для биотехнологии . Сильберзан, Паскаль. (2 -е изд.). Бостон: Artech House. ISBN 9781596934443 Полем OCLC 642685865 .
^ McFarquhar, Greg (2010). «Распределение и эволюция по размерам дождя». Осадки: состояние науки . Тол. 191. С. 49–60. Bibcode : 2010gms ... 191 ... 49M . doi : 10.1029/2010gm000971 . ISBN 978-0-87590-481-8 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помощь )
^
Эммануэль Вилльмо, Бенджамин Босса (сентябрь 2009 г.). «Распределение фрагментации с одной каплей на дожде» (PDF) . Природа Физика . 5 (9): 697–702. Bibcode : 2009natph ... 5..697V . doi : 10.1038/nphys1340 . Архивировано (PDF) из оригинала на 2022-10-09.
- Виктория Гилл (20 июля 2009 г.). «Почему капли дождя бывают разных размеров» . BBC News .
^ Хоббс, Питер В.; Рангно, Артур Л. (июль 2004 г.). «Супер-большие капли дождя» . Геофизические исследования . 31 (13): L13102. Bibcode : 2004georl..3113102H . doi : 10.1029/2004gl020167 .
^ "Миллилитр" . www6.dict.cc. Получено 2018-08-30 .

Внешние ссылки

Жидкая скульптура - изображения капель
Liquid Art - Галереи изобразительного искусства Фотография (архивировано 19 марта 2008 г.)
(Сильно различается) Расчет отходов воды от капающего крана: [1] , [2] ( Архивированный 2009-08-13 на машине Wayback )

[1] Удача, Стив (1998). Американская энциклопедия . Издательство Оксфордского университета, США. п. 196. ISBN 978-0-19-521465-9 .

[2] Катнелл, Джон Д.; Кеннет В. Джонсон (2006). Essentials of Physics . Wiley Publishing.

[3] Роджер П. Вудворд. «Измерения поверхностного натяжения с использованием метода капля» (PDF) . First Ten Angstroms . Архивировано из оригинала (PDF) 2008-12-17 . Получено 2008-11-05 .

[4] FKHansen; G. Rodsrun (1991). "Surface tension by pendant drop. A fast standard instrument using computer image analysis". Colloid and Interface Science . 141 (1): 1–12. Bibcode : 1991jcis..141 .... 1H . doi : 10.1016/0021-9797 (91) 90296-K .

[uvasim-5] Jump up to: ^а ^{беременный} "Numerical model for the fall speed of raindrops in a waterfall simulator" (PDF) . 2005-10-04. п. 2. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-07-31 . Получено 2013-06-28 .

[6] Просперетти, Андреа ; Огуз, Хасан Н. (1993). «Влияние капель на жидкие поверхности и подводной шум дождя». Ежегодный обзор механики жидкости . 25 : 577–602. BIBCODE : 1993ANRFM..25..577P . doi : 10.1146/annurev.fl.25.010193.003045 .

[7] Ранкин, Райан С. (июнь 2005 г.). "Bubble Resonance" . The Physics of Bubbles, Antibubbles, and all That . Retrieved 2006-12-09 .

[8] Thompson, Rachel (25 June 2018). «Ученые наконец -то придумали решение самого раздражающего бытового звучания в мире» . МАЙСАБЛИЧЕСКИЙ .

[Pruppacher_1971_86–94-9] Jump up to: ^а ^{беременный} Pruppacher, HR; Pitter, RL (1971). «Полуэмпирическое определение формы облака и дождевых капель» . Журнал атмосферных наук . 28 (1): 86–94. Bibcode : 1971Jats ... 28 ... 86p . doi : 10.1175/1520-0469 (1971) 028 <0086: Asedot> 2,0.co; 2 .

[10] «Форма капли воды» . Архивировано из оригинала 2008-03-02 . Получено 2008-03-08 .

[11] Бертье, Джин (2010). Микрофлюидика для биотехнологии . Сильберзан, Паскаль. (2 -е изд.). Бостон: Artech House. ISBN 9781596934443 Полем OCLC 642685865 .

[12] McFarquhar, Greg (2010). «Распределение и эволюция по размерам дождя». Осадки: состояние науки . Тол. 191. С. 49–60. Bibcode : 2010gms ... 191 ... 49M . doi : 10.1029/2010gm000971 . ISBN 978-0-87590-481-8 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помощь )

[13] Эммануэль Вилльмо, Бенджамин Босса (сентябрь 2009 г.). «Распределение фрагментации с одной каплей на дожде» (PDF) . Природа Физика . 5 (9): 697–702. Bibcode : 2009natph ... 5..697V . doi : 10.1038/nphys1340 . Архивировано (PDF) из оригинала на 2022-10-09.
Виктория Гилл (20 июля 2009 г.). «Почему капли дождя бывают разных размеров» . BBC News .

[14] Виктория Гилл (20 июля 2009 г.). «Почему капли дождя бывают разных размеров» . BBC News .

[14] Хоббс, Питер В.; Рангно, Артур Л. (июль 2004 г.). «Супер-большие капли дождя» . Геофизические исследования . 31 (13): L13102. Bibcode : 2004georl..3113102H . doi : 10.1029/2004gl020167 .

[15] "Миллилитр" . www6.dict.cc. Получено 2018-08-30 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]