Физики объяснили завораживающее движение капель дождя на лобовом стекле автомобиля. Конкурирующие силы ветра и гравитации толкают одни капли вверх, а другие тянут вниз.
«Когда автомобиль мчится под дождем, некоторые капли воды скользят вверх по ветровому стеклу, другие скользят вниз, а некоторые кажутся застрявшими на месте. Это гипнотизирует, не так ли?» — говорит исследователь гидромеханики Сунгион Ли из Миннесотского университета в Миннеаполисе.
Ли и Алиреза Хушангинежад, исследователь гидромеханики из Корнельского университета, использовали математические уравнения для описания сил, действующих на капли дождя. Эта работа выявила несколько факторов, определяющих поведение капель.
Капли дождя на наклонном лобовом стекле движущегося автомобиля испытывают одновременно силы гравитации и ветра, который дует над автомобилем. По словам Ли и Хушангинежада, направление движения капли дождя зависит от ее размера.
Для более крупных капель дождя побеждает гравитация, притягивая капли вниз. Для более мелких дождевых капель преобладает ветер, выталкивающий их вверх по наклонной плоскости. Для дождевых капель среднего размера силы уравновешиваются, и капли остаются неподвижными. Мельчайшие капли дождя также остаются на месте, потому что ветер не дает достаточно силы, чтобы преодолеть склонность воды прилипать к стеклу.
На поведение капель дождя влияют и другие факторы. По мере того как скорость автомобиля и, следовательно, скорость ветра увеличиваются, более крупные капли дождя поднимаются на лобовое стекло.
Снижение скорости автомобиля имеет обратный эффект. И если машина движется достаточно медленно, ветра не будет достаточно, чтобы уговорить капли дождя двигаться вверх. Между тем, результаты показывают, что лобовые стекла с более крутым углом наклона позволяют более мелким каплям дождя поддаваться гравитации.
Чтобы упростить расчеты, исследователи изучили идеализированную версию дождевых капель, основанную только на двух измерениях. Это означает, что результаты не будут идеально переноситься на реальные капли дождя, говорит Ли, но все же могут дать представление о том, почему капли воды делают то, что они делают.
