雨のしずくが涙のしずくの形をしているという一般的な考えは正しくありません。気象学者は、実際の雨滴がほぼ完全な球であることを何年も前から知っていましたが、より大きな滴の形状は、空気力学的および重力的なものなどの外力によるものです。液滴のサイズは地表に近づくにつれて大きくなり、サイズが大きいほど速度も速くなります。雨粒が大きくなりすぎると、2 つに分裂して元の球形に戻ります。
落ちる雨粒が涙のしずくに似た形をしていることはよく知られています。ランダムな人に、雲から落ちる雨粒を描いてもらいます。それらの約 99% は、雲から出る涙のシャワーのようにそれを描きます。まあ、この場合、人々は100％正しいです。または、少なくとも、それが彼らが考えさせられていることです。テレビの天気予報では雨のしずくが涙のしずくに見えるので、雨のしずくがその形をしていると一般の人がうっかり教えてしまうことがあります。教師（教授を含む！）でさえ、この都市神話を積極的に永続させています.メディア全体で使用されている天気アイコンは、この広範な誤謬を示しています。これは、簡単な Google 検索を行うだけで明らかです。
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真実
気象学者は、実際の雨滴が涙のしずくに似ていないことを何年も前から知っていました。高速写真を使用して小さな滴 (直径 1 mm 未満) を撮影して得られた結果は、雨滴がほぼ完全な球体であることを示しています。 100倍程度に拡大すると、大きなバージョンはハンバーガーのバンズに似たものになります.これらの結果は、昔からの一般的な信念と真っ向から矛盾しています。
ここで、なぜ滴が球形なのか不思議に思うかもしれません。その答えは、表面張力として知られる単純な現象にあります。 、下の分子によって液体の表面分子に加えられる引力で、表面分子を液体の大部分に引き込み、液体を最小の表面積を持つ形状にする傾向があります。雨滴の場合、落下中に達成できる最小の面積は球の面積です。外力によってゆがめられていない孤立した液滴は、表面張力によって引っ張られて球形になります。
小さい粒は球形ですが、大きくなるとハンバーグの形になります。 (画像ソース:en.wikipedia.org)
雲と霧の粒子のマイクロ写真は、これらの滴が完全な球体と見分けがつかないことを示しています.
雨滴の顕微鏡写真。
滴が落ちると、近くの滴にぶつかって結合し、大きくなります。より大きな液滴の奇妙な形状は、完全にそれに作用する外力、つまり空気力学的および重力によるものです。水滴のサイズは、地表に近づくにつれて大きくなります。サイズが大きいほど、速度も速くなります。猛烈に降り注ぐ大きな水滴は、空気中を非常に速く落下するため、周囲に形状を変形させる圧力差が生じます。これにより、ドロップの底近くの部分に過剰な圧力が発生し、その結果、側面の圧力が低下します.
この圧力差は、水滴の底部を平らにする傾向があります。つまり、水分子を上部と中央から側面に移動させ、それによって水滴を平らにし、水平方向の直径を大きくします。
ドロップに作用するさまざまな力。緑色の部分が低気圧です。赤い線はしずくの形に影響します。
さらに興味深いのは、液滴の曲率の変更された表面によって、液滴内の圧力平衡が回復することです。これは、科学の最良の例が自然界にあることを証明しています。
上記の調整は、外圧と空力によって生じる圧力差を補うだけです。しかし、別の力が見えてくるので、完全な均衡を達成するにはそれを克服する必要があります。明らかに、重力について話しているのです!
雨粒が大きくなりすぎると、2つに分裂して元の球形に戻ります。この条件は、滴が終末速度 (滴がそれ以上加速せずに落下する速度) に達し、内圧が均一でないときに満たされます。この圧力勾配は、終末速度にすぐに達するため、通常は小さいです。
雨滴は大きくなるにつれて重くなり、ある時点で2つの滴に分かれます。 (画像ソース:pmm.nasa.gov)
より技術的な面では、静水圧と空力の原理を組み合わせることで、上部がより平らになり、下部がより湾曲したものになるはずです。しかし実際には、それは正反対です。
この驚くべき発見は、粘性 (液体の流れに対する抵抗) として知られる別の現象によるものです。この時点まで、液滴は完全に非粘性流体を通過すると仮定しました。ただし、空気にはある程度の粘性があり、液滴の形状に影響を与えるには十分です。大きな雨滴の周りを移動するとき、空気は飛行機の翼と同じように振る舞います。液滴を取り囲む空気の層は、上面に不安定な領域を形成します。この領域では、気圧は水滴の基部の気圧よりも大幅に低くなります。これにより、底面より上面の曲率が大きくなります。
ふぅ、それは物理的なことがたくさんありますが、私たちはそれをやり遂げました!涙のしずくの形をした雨滴の一般的な神話がついに暴かれました。私たちは真実を知っていますが、アーティストやイラストレーターは雨のしずく、涙のしずくなどを好きなように描き続けます!
このトピックに関する NASA の興味深いビデオをご覧ください:
