Picaturile de ploaie care cad rupe viteza terminala

Picături de ploaie au fost prinse încălcând limita de viteză.

Folosind detectoare de burniță, cercetătorii au descoperit mici picături de ploaie care cad de peste 1,3 ori mai repede decât viteza terminală, viteza la care rezistența aerului anulează atracția gravitațională.

Cauza super-vitezei picăturilor rămâne necunoscută, dar existența lor ar putea afecta modul în care oamenii de știință estimează dimensiunea medie a picăturilor de ploaie, spune autorul principal Michael Larsen, fizician atmosferic la Colegiul din Charleston din Carolina de Sud, și, prin urmare, poate modifica măsurătorile precipitațiilor. Meteorologii măsoară adesea viteza ploii, care este apoi folosită pentru a deduce dimensiunea medie a picăturilor de ploaie și, în cele din urmă, volumul total de apă de ploaie.

„Dacă ai de gând să înțelegi ploaia, trebuie să faci presupuneri”, spune Larsen. „Dacă presupunerile noastre sunt greșite cu privire la cât de repede cad aceste picături, asta ar putea afecta în cele din urmă o grămadă de alte lucrări.”

Când se formează pentru prima dată o picătură de ploaie, gravitația își accelerează căderea. Pe măsură ce picătura care coboară crește viteza, aerul se împinge înapoi cu mai multă putere până când în cele din urmă forțele de sus și de jos se echilibrează și picătura scade cu o viteză constantă. Picăturile de ploaie mai mari cu diametre mai mari de aproximativ 0,5 milimetri ating viteze terminale de câțiva metri pe secundă. Picăturile mai mici sunt limitate la viteze sub un metru pe secundă.

Până în 2009, oamenii de știință credeau că toate picăturile de ploaie au lovit pământul călătorind la viteza terminală. Dar apoi cercetătorii au observat picături mici care cădeau aparent prea repede. Oamenii de știință au crezut că stropii de ploaie ar fi putut fi fragmente minuscule de picături mai mari, care se mișcă rapid, care s-au rupt după ce au stropit instrumentele folosite pentru a le măsura. Dacă acesta ar fi fost cazul, picăturile mai mici ar fi putut pur și simplu să fi continuat să călătorească la viteza picăturii părinte, nefiind încă încetinit până la viteza terminală.

Pentru a afla dacă astfel de picături strălucitoare apar în mod natural, Larsen și colegii săi au asamblat un sortiment de 22 de instrumente la Hollywood, SC. ​​În centrul acestei matrice a fost un monitor de ploaie care în fiecare secundă face mai mult de 55.000 de imagini cu picăturile de ploaie care cădeau pentru a determina dimensiunea și viteza acestora. și direcție.

Pe parcursul a cinci luni, echipa a monitorizat șase furtuni majore și a detectat peste 23 de milioane de picături individuale. În timp ce toate picăturile mai mari de un milimetru au scăzut la viteze așteptate, mai mult de 30% din picăturile mai mici de aproximativ 0,5 milimetri au căzut mai repede decât viteza terminală, au raportat cercetătorii la 1 octombrie în Scrisori de cercetare geofizică. Deoarece echipa a măsurat și viteza orizontală, au putut să ignore picăturile care s-au împroșcat de pe marginea unui instrument și au zburat lateral într-o zonă de detectare.

„Nu știm exact care este cauza, dar suntem foarte încrezători că nu se lovește doar de marginea instrumentului”, spune Larsen.

O posibilă explicație pentru picăturile mici rapide este că picăturile mai mari de ploaie se sparg în timpul coborârii lor (SN: 15.08.09, str. 12) sau se despart după ciocniri în aer. Picăturile mai mici nou formate ar continua să se miște la început la viteza mai mare a picăturii mai mari.

Cu toate acestea, climatologul Francisco Tapiador de la Universitatea Castilla-La Mancha din Toledo, Spania, observă că picăturile mai mici de 0,5 milimetri lățime sunt din punct de vedere tehnic burniță, nu picături de ploaie. „Aceasta nu este doar o problemă pretențioasă, academică, capricioasă”, spune el. Formulele utilizate pentru a calcula viteza terminală sunt aproximări și ar putea produce valori incorecte pentru vitezele lente ale unor astfel de picături mici, susține el.

Chiar dacă viteza terminală așteptată pentru picăturile mici este inexactă, spune Larsen, „încă lovesc solul la viteze mai rapide decât se presupunea anterior”. Oamenii de știință estimează adesea dimensiunea picăturilor de ploaie într-o furtună folosind tampoane sensibile la presiune. Când o picătură de ploaie cade pe tampon, instrumentul estimează dimensiunea picăturii presupunând că picurarea a căzut la viteza sa terminală acceptată. Dacă unele picături de ploaie cad mai repede decât se aștepta, Larsen spune că acele măsurători sunt probabil incorecte.