Естественные науки

Какая скорость у капелек дождя? Где то слышал, что 5 км/час. Мне кажется что намного быстрее.

Несомненно, 5 км/ч величина несуразная.
Оценить скорость падения капли можно приравняв силу тяжести силе сопротивелния воздуха. Выражение для силы сопротивления воздуха зависит от скорости падения. Например, если обтекание капли ламинарное (т. е. при очень небольших скоростях) , то можно использовать выражение для силы Стокса. Однако, в действительности, при тех скоростях, которых достигают капли дождя, обтекание турбулентное и для силы сопротивления нужно использовать выражение

F = C * (ro*v^2 / 2) * S

С -- т. н. аэродинамический коэффициент,
ro -- плотность воздуха,
v -- скорость капли,
S -- площадь поперечного сечения.

Т. о. , формула для оценки скорости выглядит так:

m*g = C * (ro*v^2 / 2) * S

или

v^2 = 2*m*g / (C*ro*S)

Предположения о массе капли и её размерах сделать нетрудно. Сложнее с аэродинамическим коэффициентом С.
Для его оценки необходимо оценить т. н. число Рейнольса. Оно равно

Re = v*L / nu

v -- скорость обтекания,
L -- характерный размер капли (диаметр) ,
nu -- кинематическая вязкость воздуха.

Вязкость зависит от температуры воздуха. Если считать температуру 20 градусов, то вязкость примерно равна
1.5*10^(-5) м^2/с. Возьмём верхнюю границу скорости капли 100 м/с (это с большим запасом) , а верхнюю границу размера капли 5 мм. Тогда Re = 3.3*10^4. Каков же тогда аэродинамический коэффициент? В области дозвукового обтекания (а это именно наш случай) этот коэффициент близок к единице (см. http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0247.html)

Тогда

v^2 = 2*m*g / (ro*S)

и, пользуясь формулой для массы m = ro1*V (где ro1 -- плотность воды, а V -- объём капли) , получаем

v^2 = (8/3)*pi*g*R * (ro1 / ro)

где R -- радиус капли.
Подставив числа, получим оценку скорости

v = 13 м/с

Кстати, установившаяся скорость падения не зависит от высоты, с которой капля падает, если мы рассмтриваем уже окончательный размер капли в начальный момент падения. Но в действительности, при конденсации воды в процессе падения, размер капли растёт, пока не достигнет маскимального. Если учесть этот фактор, чилсо Рейнольдса на начальных этапах падения будет значительно меньше, следовательно, аэродинамический коэффициент -- больше. Но тогда сила сопротивления воздуха тоже будет больше, что приведёт к уменьшению скорости.

Т. о. , наша оценка даёт примерно верхний предел скорости падения капли.
Татьяна Онохина
Татьяна Онохина
4 667
Лучший ответ
Зависит от размера капли. Но невысокая.
KA
Kamila Alieva
67 787
Скорость зависит от высоты над уровнем земли конкретной тучи! Чем выше туча, тем выше скорость! И от состава капель. Например, кислотный дождь!
Светлана Абраменкова Нифига. уже через несколько секунд после начала падения лобовое сопротивление воздуха делает скорость падения постоянной. Для одной и той же капли на любой высоте.
скорость капельки завист от её веса, от высоты с которой она упала и от уровня над землей, на котором эта самая скорость будет определяться, я уже молчу о скорости и направлении ветра, который эту капельку гонит
Ирина Акулова
Ирина Акулова
5 621
зависит от размера: 5 мм в поперечнике - 9 м/с, 0,5 мм в поперечнике - 2 м/с
Вадим Баскаков Спасибо! Отличный ответ! Удачи!
Порядка 30-50 м/с, мне кажется. Да, это намного больше.

Похожие вопросы