Физики объяснили завораживающие движения капель дождя на лобовом стекле автомобиля

Смотреть на капли дождя на лобовом стекле автомобиля - это не просто способ пообщаться со своими внутренним "Я". Вы также можете узнать немного физики.

Когда машина мчится под дождем, некоторые капли воды скатываются по ветровому стеклу, другие скатываются вниз, а некоторые словно застревают на месте. "Это очень гипнотизирует, не правда 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, сообщает 4 марта пара в журнале Physical Review Fluids.

Капли дождя на наклоненном лобовом стекле движущегося автомобиля одновременно испытывают силы гравитации и ветра, который проносится над автомобилем. Ли и Хушангинежад говорят, что направление, в котором движется капля дождя, зависит от ее размера.

Для крупных дождевых капель гравитация побеждает, увлекая их вниз. Для мелких капель преобладает ветер, который толкает их вверх по склону. Для дождевых капель среднего размера силы уравновешиваются, и капли сидят неподвижно. Самые мелкие капли 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, а значит, и скорости ветра, крупные капли дождя поднимаются вверх по ветровому стеклу. 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 меньшим каплям дождя поддаваться гравитации, чем более мелкие, как показывают результаты.

Для упрощения расчетов исследователи изучали идеализированную версию капель дождя, основанную только на двух измерениях. Это означает, что результаты не будут идеально соответствовать реальным каплям дождя, говорит Ли, но все же они могут дать представление о том, почему капли воды делают то, что они делают.