Qual é a forma de um pingo de chuva?
É do conhecimento comum que uma gota de chuva caindo tem uma forma que lembra uma lágrima. Peça a um grupo de pessoas aleatórias para desenhar uma gota de chuva caindo das nuvens.Cerca de 99% deles desenham como uma chuva de lágrimas saindo das nuvens. Bem, neste caso, as pessoas estão 100% certas. Ou pelo menos é o que eles são feitos para pensar. As previsões meteorológicas na televisão retratam gotas de chuva como lágrimas, o que leva a pessoas comuns a serem acidentalmente ensinadas que as gotas de chuva têm essa forma. Até mesmoprofessores (incluindo professores!) Estão ativamente perpetuando esse mito urbano. Os ícones do tempo usados em toda a mídia são ilustrativos dessa falácia generalizada, o que é óbvio se você fizer uma simples pesquisa no Google.Que muitas fontes não podem estar erradas, certo? Quero dizer, até o Google está nisso!
A verdade
Os meteorologistas sabem há anos que um pingo de chuva real não tem semelhança com uma gota de lágrima. Os resultados obtidos pela representação de uma pequena queda (menos de um milímetro de diâmetro) usando fotografias de alta velocidade mostram que as gotas de chuva são esferas quase perfeitas. Se você aumentasse em 100 vezes, a versão maior se assemelharia a um pão de hambúrguer. Estes resultados contradizem diretamente a antiga crença popular.
Agora, você pode estar se perguntando por que a queda é esférica. A resposta para isso está em um fenômeno simples conhecido comotensão superficial,a força atrativa exercida sobre as moléculas de superfície de um líquido pelas moléculas abaixo, que tende a atrair as moléculas de superfície para o volume do líquido e faz com que o líquido assuma a forma. que tem a menor área de superfície. No caso de pingos de chuva, a menor área que pode ser atingida durante a queda é a de uma esfera. Uma gota isolada que não é distorcida por forças externas é puxada pela sua tensão superficial para uma forma esférica.
Pequenas gotas são esféricas, mas à medida que crescem, elas atingem a forma de um bolo de hambúrguer. (Fonte da imagem: en.wikipedia.org)
Fotografiasmicroscópicas de partículas de nuvens e neblina mostram que essas gotas são indistinguíveis das esferas perfeitas.
Microfotografia de um pingo de chuva.
Quando as gotas caem, elas atingem gotas próximas e se combinam com elas, tornando-as maiores. A forma estranha das gotas maiores é inteiramente devida às forças externas que atuam sobre ela, a saber, as aerodinâmicas e gravitacionais.O tamanho das gotas aumenta à medida que se aproximam da superfície da Terra. O tamanho maior também resulta em uma velocidade maior. As grandes gotas que caem para baixo penetram ferozmente no ar tão rápido que criam diferenças de pressão que se deformam ao redor delas.Isso faz com que a parte perto da parte inferior da gota desenvolva pressão excessiva e, portanto, menos pressão nas laterais.
Esta diferença de pressões tende a achatar a parte inferior da gota, isto é, conduzir as moléculas de água de seu topo e centro para os lados, achatando assim a gota e aumentando seu diâmetro horizontal.
As diferentes forças atuando na queda. A porção verde é a área de baixa pressão. As linhas vermelhas influenciam a forma da queda.
O que é mais intrigante é que a superfície de curvatura modificada resultante da gota restaura o equilíbrio de pressão na mesma. Isso prova que os melhores exemplos da ciência são encontrados na natureza.
Os ajustes acima apenas compensam as diferenças de pressão causadas por pressões externas e forças aerodinâmicas. No entanto, há outra força que entra em cena e precisa ser superada para alcançar o equilíbrio completo. Obviamente, estamos falando sobre a força gravitacional!
Se o pingo de chuva ficar muito grande em tamanho, ele se divide em dois e readquire sua forma esférica original. Essa condição é satisfeita quando a queda atinge a velocidade terminal (a velocidade na qual a queda cai sem qualquer aceleração adicional) e quando a pressão interna não é uniforme. Este gradiente de pressão é geralmente pequeno, uma vez que a velocidade terminal é alcançada rapidamente.
À medida que a gota de chuva fica maior, fica mais pesada e em um ponto se divide em duas gotas. (Fonte da imagem: pmm.nasa.gov)
No lado mais técnico, a combinação de princípios hidrostáticos e aerodinâmicos deve resultar em um topo mais plano e um fundo mais curvado. Na realidade, no entanto, é exatamente o oposto.
Essa revelação surpreendente é por causa de outro fenômeno conhecido como viscosidade (a resistência oferecida ao fluxo de qualquer líquido). Até este ponto, assumimos que as gotas caem através de um fluido perfeitamente não viscoso. No entanto, o ar tem alguma viscosidade e é suficiente para influenciar a forma das gotas. Ao mover-se em torno de uma grande gota de chuva, o ar se comporta da mesma maneira que a de uma asa de avião. A camada de ar que envolve a gota forma uma região instável na superfície superior. Nesta região, a pressão do ar é significativamente menor que a da base da gota. Isso resulta em uma curvatura maior na superfície superior à base.
Ufa, isso é um monte de física, mas nós passamos por isso! O mito comum dos pingos de chuva em forma de lágrima foi finalmente desmascarado. Mesmo sabendo a verdade, artistas e ilustradores continuarão desenhando pingos de chuva como quiserem, com lágrimas e tudo!
Confira este vídeo interessante da NASA sobre este tema:
