Sicherlich haben Sie jemals in den Regen gestarrt, verwirrt und erstaunt darüber, wie die Regentropfen darauf fallen. Tropfen, die immer kreisförmigen oder ovalen Formen ähneln und die Sie persönlich fallen sehen, als wären sie Nadeln. Welche Geheimnisse stecken hinter der Bildung von Wassertropfen? Was ist unter der Oberfläche winziger Wassertropfen verborgen und warum bilden sich Wassertropfen?
Wenn Sie all diese Rätsel und Zweifel entschlüsseln möchten, lesen Sie weiter
Ein Wassertropfen
Wasser ist das häufigste Element auf der Erdoberfläche. Dank des Wassers ist Leben, wie wir es kennen, überhaupt möglich. Ohne Wasser gäbe es keine Flüsse, Seen, Meere oder Ozeane. Auch wir selbst könnten nicht leben, da wir zu etwa 70 % aus Wasser bestehen.
Wasser kann in drei Aggregatzuständen vorkommen: fest (als Eis), flüssig (als Wasser) und gasförmig (als Wasserdampf). Sein Aggregatzustandswechsel hängt ausschließlich von Temperatur und Druck ab. Wird Eis erhitzt, erhöht die zugeführte Energie die Schwingungen der Wassermoleküle im Inneren, und es beginnt zu schmelzen. Hält die Hitzeeinwirkung an, trennen sich die Teilchen so weit voneinander, dass sie gasförmig werden. Wasserdampf besteht aus nichts anderem als winzigen Wassertröpfchen. Aber…
Warum bilden sich Wassertropfen?
Wenn wir auf die Moleküle zeigen, aus denen Wasser besteht, stellen wir sie uns kreisförmig vor, wie Kugeln, die durch Vibration und Rotation zusammengehalten werden. Wäre dem so, warum breitet sich Wasser beim Verschütten nicht auf die Dicke eines einzelnen Moleküls aus? Das liegt an der sogenannten Oberflächenspannung. Dank dieser Oberflächenspannung zwischen den Molekülen kann eine Nadel auf einem Glas schwimmen, und Wasserläufer können auf dem Wasser laufen.
Um dies zu verstehen, müssen Sie wissen, was in der Flüssigkeit vor sich geht. Wasser besteht aus Molekülen und diese wiederum sind Atome. Jedes Atom hat positive Ladungen (Protonen) und negative Ladungen (Elektronen) und sie haben die eine oder andere Form, abhängig von der Art des Moleküls, das sie bilden. Manchmal zieht es die Elektronenhülle mehr an und manchmal die Protonen und Elektronen. Daher wissen wir, dass es Anziehungs- und Abstoßungskräfte gibt.
Beobachten wir ein Molekül in einer Flüssigkeit, sehen wir, wie es vollständig von anderen Molekülen umgeben ist und wie sich alle zwischenmolekularen Kräfte gegenseitig aufheben. Zieht ein Molekül nach links, zieht ein anderes mit gleicher Stärke nach rechts, sodass sich die Kräfte gegenseitig aufheben. Dadurch haben die Moleküle weniger Energie und sind stabiler . Man strebt stets nach dem Zustand, der am wenigsten Energie zum Erhalt benötigt; was heiß ist, kühlt ab, was hoch ist, sinkt usw.
Die Sache wird komplizierter, wenn wir die Moleküle in der Oberflächenschicht des Wassers betrachten. Diese Moleküle sind nicht vollständig von anderen Molekülen umgeben. Sie erfahren Kräfte nur von einer Seite, nicht aber von der anderen. Um dieses Problem zu lösen, ordnen sich die Moleküle neu an und versuchen, eine Form zu finden, die die von ihnen eingenommene Oberfläche minimiert. Bei einem gegebenen Volumen ist die Kugel die geometrische Form mit der kleinsten Oberfläche.
Aus all diesen Gründen bilden sich beim Ausgießen von Wasser Tropfen, die eine kreisförmige oder kugelförmige Gestalt annehmen. Deshalb können auch Objekte mit geringer Masse und höherer Dichte als Wasser (wie z. B. Wasserläufer) schwimmen, da die Wasseroberfläche in der Regel nicht aufbricht und ein Fremdkörper nicht eindringen kann. Um mehr über das Verhalten von Wasser zu erfahren, können Sie den Abschnitt über Wasserdampf konsultieren oder weiterlesen über die Form von Regentropfen.
Die Oberflächenspannung in Wasser ist höher als in anderen Flüssigkeiten, da die Geometrie seiner Moleküle eckig ist und mehr Kräfte entstehen.
Warum sind Regentropfen wie eine Träne geformt?
Nachdem erklärt wurde, warum sich Wassertropfen bilden, ist es an der Zeit zu erklären, warum diese Tropfen die Form einer Träne annehmen, wenn sie während des Regens vom Himmel fallen.
Regentropfen werden üblicherweise als tropfenförmig dargestellt. Außer wenn sie auf eine Fensterscheibe fallen, haben sie jedoch keine Tropfenform. Kleine Regentropfen haben einen Radius von weniger als einem Millimeter und sind kugelförmig. Größere Regentropfen nehmen ab einem Radius von 4,5 mm eine Form an, die an ein Hamburgerbrötchen erinnert. Dabei verformen sie sich, bilden einen Fallschirm mit einem Wasserschlauch an der Basis und zerfallen dann in kleinere Tröpfchen.
Diese Formveränderung von Wassertropfen ist auf das Zusammenwirken zweier Kräfte zurückzuführen. Die erste ist die bereits erwähnte Oberflächenspannung, die zweite der Luftdruck , der die Unterseite des fallenden Tropfens nach oben drückt. Bei kleineren Wassertropfen ist die Oberflächenspannung größer als der Luftdruck, sodass der Tropfen eine Kugelform annimmt. Mit zunehmender Größe des Wassertropfens steigt sowohl seine Fallgeschwindigkeit als auch der auf ihn wirkende Luftdruck. Dadurch flacht der Tropfen ab und es entsteht eine Vertiefung.
Wenn der Radius des Tropfens 4 mm überschreitet, vergrößert sich die Vertiefung in der Mitte des Tropfens so, dass sich eine Tasche mit einem Wasserring darüber bildet , und aus diesem großen Tropfen entstehen mehrere kleinere.
Mit diesen Informationen können Sie etwas mehr über die Wassertropfen erfahren und warum sie diese Form haben, wenn sie sich an verschiedenen Orten befinden. Jetzt können Sie durch das Fenster schauen und mehr über das Element erfahren, das uns Leben gibt.
