Падение капли с небольшой высоты

О чём мы читали?
Падение капли воды на поверхность воды
Высокоскоростной удар капли воды о твёрдую поверхность
Выработка электричества из дождя
Искривление поверхности падающей капли воды

Гипотеза:
при падении капли на поверхность происходит её дробление, сопровождающееся распадом капли на отдельные составляющие
Падение капли с небольшой высоты

Цель работы:
изучение процесса растекания капли по твёрдой поверхности при её падении с небольшой высоты
Падение капли с небольшой высоты

Задачи
Какую форму имеют капли в момент соприкосновения с поверхностью?
Как поверхность взаимодействует с капелькой?
Существует ли зависимость между площадью разбившейся капли и высотой её падения на сильно гидрофильную поверхность?
Каков период колебаний расплющенной капли на слабо гидрофильной поверхности?
Какова зона разбрызгивания капли при падении капли на каплю, находящуюся на слабо гидрофильной поверхности?
Падение капли с небольшой высоты

Деревянная поверхность
Резиновая поверхность
Органическое стекло
Падение капли с небольшой высоты
Таб.1 Свойства исследуемых жидкостей
Рис. 1. Исследуемые поверхности

Схема проведения опытов
Падение капли с небольшой высоты
капельница
поверхность
линза
зажим для регулировки высоты

Как формируется капля?
Падение капли с небольшой высоты
капельница
перешеек

Что нужно чтобы капля была шарообразной?
1. Начальная скорость была равна нулю
Падение капли с небольшой высоты
Обеспечение самопроизвольного истечения
2. Достаточное время падения
Исключение сопротивления среды

Падение капли с небольшой высоты
2. Достаточное время падения
Исключение влияния колебаний плотности среды
Исключение объёмных колебаний
Что нужно чтобы капля была шарообразной?

Падение капли с небольшой высоты
Размер устойчивой капли шарообразной формы

Характер взаимодействия жидкости и поверхности
Падение капли с небольшой высоты
Определение угла наклона касательной к поверхности в крайней токе

Падение капли с небольшой высоты
Таб. 3. Взаимодействие капли с поверхностью

Падение на сильно гидрофильную поверхность
Устойчивая область
Область колебаний
Падение капли с небольшой высоты

Падение капли с небольшой высоты
T=0 с
T=2/5 с
T=3/5 c
T=4/5 c
T=1c
T=6/5 c
T=7/5 c

Падение капли с небольшой высоты

Процесс колебаний капельки с энергетической точки зрения

Кинетическая энергия капли
Закон сохранения энергии

Падение капли с небольшой высоты
y = 3,7x +1,3
y = 4,3x + 1,9

Падение капли с небольшой высоты
Таб.2 Расчёты времени колебаний «блинчика»

Падение капли с небольшой высоты

Если скорость капли близка к нулю, гидродинамический удар в полной мере не свершится. Капля просто растечётся по поверхности, не ударив её и лежащую на ней капельку
Для того, чтобы оценить наименьшую скорость падения капли, при которой произойдет удар, нужно, чтобы капля во время столкновения не успела сильно расплющиться.
Падение капли с небольшой высоты

Выводы:
Падение капли с небольшой высоты
Характер картины, появляющейся после падения капли, зависит от свойств самой капли и свойств поверхности, на которую падают капли
При падении капель на сильно лиофильные поверхности они расплющиваются до тонкого слоя, обеспечивающего достаточные силы притяжения по всей площади расплющивания.
Площадь контакта зависит от скорости падения капель на поверхность. Значение площади контакта совершает «колебания» при падении капель с небольшой высоты, что свидетельствует о колебаниях жидкости в падающей капле и неустановившейся скорости падения. При увеличении высоты падения скорость капли стабилизируется, а следовательно и площадь контакта принимает определённое значение.
При падении капли на слабо лиофильные поверхности образуется «блинчик» которая начинает сжиматься. Процесс сжатия капельки протекает некоторое время (для каждой жидкости своё), в течение которого можно наблюдать увеличение и уменьшение радиуса расплющенной капли. Экспериментальные данные и теоретический расчёт дают не плохие совпадения, позволяющие рассматривать названные изменения радиуса, как колебательный процесс.