​雨滴下落过程中是合滴还是分解（水滴下降的变化过程）

雨滴下落过程中是合滴还是分解（水滴下降的变化过程）

在降雨过程中，水滴会在初期因空气湍流及下降速度的差异发生碰撞而导致合并，然后在快速下落的过程中因空气阻力而破碎成小的雨滴。

水滴的内聚力与表面张力

大家也许对“神舟十号”宇航员王亚平在太空中做的“水球”实验印象深刻，在空间站微重力环境下，水滴可以聚集在一起形成一个硕大的球，透过它，你可以清晰地看见宇航员的倒影。

这个实验许多宇航员都有做过，由于绕地球快速飞行，受离心运动的影响，空间站的惯性力与重力相互抵消，如果操作足够小心，你可以得到一个近乎完美的水球。

当然，在地面上由于重力的原因，水球长不到这么大。你可以在清晨的小草上找到一些晶莹的露珠，小水滴越小，它越接近圆球形状。

小水滴呈现球体形状，是由于它内部分子间的拉力，也就是氢键的力量。

水分子是一种极性分子。由于氧原子比氢原子的电负性更强，在与氢组成共价键时，氧会将氢表面的电子更多地拉向自己一边，这样在水分子中氧原子一端带更多的负电，而氢原子一端则相应带正电。由于电极性带来的库伦力，每个水分子可以与相邻的四个水分子相互吸引，这就是氢键。

氢键的力是水滴的内聚力，这个内聚力很强大，它将水分子聚拢在一起，并且使水滴的表面收缩到最小。我们知道在相同体积下球体的表面积最小。

所以水滴会趋向于球体，并且在水滴的表面形成表面张力。相对于其它大多数液体，水的表面张力是最强的，以至于当你将一滴水滴到水面时，它会在水面弹跳停留而不立刻融合。

雨水的合滴

在云层中有无数细小的云滴，它们的直径大多在2~10μm之间，尽管云滴之间会发生频繁的碰撞，但这种碰撞的力量不足以克服表面张力。

水滴发生合滴并不如你想的那样简单，两个水滴相遇时往往会弹开，它们很难合为一体变成大水滴，这也是许多时候浓云密布却不下雨的原因之一。

合滴往往在雨水穿破云层的时候才会发生。当高空寒冷云层中的冰晶和雪花降落到下方温暖区域中时会融化成雨滴，这时候如果遭遇比较强烈的湍流，一部分融化的水滴会与上方掉落下来的水滴或冰晶相互撞击，这种撞击力足以抵消水滴自身的内聚力，于是水滴合二为一形成大雨滴。

在云物理学中，合滴的产生取决于上升气流造成水滴之间相对速度差。空气湍流使雨滴有更多的机会发生碰撞，从而克服表面张力完成合滴。

雨滴的形状

雨滴是什么形状的？你可能会不假思索地回答：“这么简单，下面圆圆，上面尖尖！”

其实这只是水从水龙头刚刚滴落的形状，而不是雨滴的形状。

当水滴从水龙头滴落时，受内聚力的影响，水滴与其上方的水之间出现“藕断丝连”的情况，直到内聚力无法克服重力，水滴发生断裂而掉落。从下面这两张照片中我们可以看得更清楚。

你可能会说：水滴刚刚离开水龙头的速度很低，所以它看起来是球形的，而在高速下降的过程中，水滴受空气阻力的影响，它会自动呈现下面这种“水滴状”的完美气动外形。

很遗憾，你又错了。水滴在快速下落的过程中受其大小尺寸的影响而呈现不同的形状，但没有一种形状是带着尖尖尾巴的。

总体来说，1毫米以下直径的小水滴会呈现近似球形；当雨滴大于2毫米时，它会像一个下面平坦的包子；4毫米大小的雨滴会发生凹陷，变成窝窝头的形状。

同时，受气流影响，雨滴在空气中会发生不规则的变化，而大于5毫米的雨滴就会发生分解。

雨滴的分解

水滴的分解是由其自身的大小、下降的速度以及空气阻力等因素决定的。通常情况下，雨滴的大小介于0.5毫米至4毫米的范围内。

当直径大于5毫米的雨水下落时，空气阻力会作用于雨滴的底部，将其“吹”成扁平状；

随着速度的加快，雨滴的中间发生凹陷，变成降落伞的形状；

降落伞的破裂，雨滴破碎成若干个细小的水滴。

上图是科学家利用风洞拍摄的水滴下落的连续图像，当一个直径为6毫米的水滴以10米/秒的最终速度下落时，科学家每隔4.7毫秒对其进行一次成像，最终拍摄到其分解的全过程。

当然，并不是所有的大雨滴都会以同样的方式分解成小雨滴，有些水滴会跳过“降落伞”的阶段而直接破碎。下图同样是一个直径6毫米水滴的下落分解过程：

为什么我们说“豆大的雨点”而不说“枣大的雨点”

因为雨滴绝大多数只有豌豆那么大个儿，更大的雨滴会在空中就分解成小水滴掉落下来。

当然，并不是所有的雨滴都只有豆大，在气象条件合适时，雨滴的大小可以达到9毫米直径。其中一个原因是森林火灾使云层中含有非常多的灰尘，有这些颗粒物充当凝结核可以使雨滴的内聚力更强；另一个原因是，积雨云的云底非常靠近地面，以至于雨滴还没来得及分解就已经落地了。

回顾

雨滴的合滴、分解都与其内聚力和空气之间有密切的相互作用：上升的湍流造成云层中雨滴相互碰撞，当其撞击力足以克服水滴内聚力时，雨滴发生合并；而大于5毫米的雨滴会在空气阻力作用下被撕裂，变成小水滴。