Høsten er den våteste årstiden. Noen dager virker det som regnet aldri tar slutt. Mens vi venter på bedre vær, kan vi gruble over vitenskapelige spørsmål, som for eksempel hvor stor en vanndråpe egentlig er.

En leser spør:

«Er vanndråper alltid like store, og hva er det som avgjør størrelsen? Er en dråpe som drypper fra underkanten av et bær like stor som en dråpe som drypper fra noe større?»

En annen leser lurer på hvor mye en dråpe vann må veie før den gir slipp?

De største regndråpene er en centimeter

Førsteamanuensis emeritus Aksel Walløe Hansen fra Niels Bohr-instituttet i Danmark svarer på hvor store vanndråper kan bli:

– I skyer er vanndråpene helt ned til 10 mikrometer, men de må samle seg i større dråper før de faller som regn. 

En mikrometer er 0,001 millimeter.

Regndråper blir sjelden mer enn fem millimeter store. De største regndråpene som har blitt målt, fant forskere som fløy gjennom tette skyer over Brasil i 1995 og over Marshalløyene i 1999.

De største hadde en diameter på 8,8 millimeter. Noen regndråper kan kanskje bli en centimeter i diameter, men neppe så mye større i naturen.

Store dråper går i stykker

Regndråper har ikke den klassiske dråpeformen når de faller. På vei ned møter de luftmotstand, og det gjør at de store dråpene ser ut som maneter eller fallskjermer.

Med et høyhastighetskamera kan du se hvordan store vanndråper nærmest eksploderer når de møter luftmotstand. (Video: E. Villermaux)

De største dråpene går raskt i stykker – omtrent som fallskjermer som ikke er solide nok. Da blir de til flere dråper.

– Vann kan ikke bevege seg særlig langt gjennom luften uten å bli til dråper. Så hvis du står på et høyt tak og heller ut en bøtte vann, blir vannet rask til dråper på vei ned gjennom luften, sier Aksel Walløe Hansen.

Kommer an på overflaten

Den andre delen av spørsmålet – når vann faller som en dråpe – er vanskeligere å svare på, fortsetter Hansen:

– Det er ikke noe klart svar på når vann forlater en overflate. Det kommer an på overflatens struktur og helning. 

Vann samler seg ikke på for eksempel bakepapir eller vokspapir, for vannet sitter ikke fast på disse overflatene. Det faller raskt av.

Flere krefter i spill

I fysikken snakker man om vannets kohesjon og adhesjon. Kohesjon er den indre sammenhengskraften, altså hvor godt vannmolekylene henger sammen med andre vannmolekyler.

Adhesjon er sammenhengskraften mellom vannet og et annet objekt, og her må vi ha kontroll på kreftene mellom vannmolekylene og molekylene på overflaten.

Hvis kohesjonen er lav, som på bakepapir, vil vannet heller samle seg til dråper enn å spre seg ut. Omvendt med vann på et stykke stoff.

Det oppstår en balanse mellom kohesjon og adhesjon, og før en dråpe kan slippe en overflate, må tyngdekraften også i spill. Så det er vanskelig å si nøyaktig hvor mye vann som rekker å samle seg før dråpen faller.

Kjempedråper i rommet

Til slutt vil tyngdekraften vinne, og vannet vil falle ned hvis det er nok av det. Men hva vil skje hvis det ikke er noe opp eller ned? Hva skjer på romstasjonen der alt er i fritt fall og derfor vektløst, og effektene av tyngdekraften ikke merkes?

På Den internasjonale romstasjonen opplevde astronauten Chris Hadfield hvordan det føles å få tårer i øynene i rommet. (Video: CSA/NASA)

For vanndråper i vektløs tilstand gjelder andre regler. De kan bli så store som helst. Mange astronauter har hatt det gøy med å la små og store vannbobler sveve fritt rundt.

Vektløsheten betyr også at tårer ikke faller fra øynene. Vannet blir bare hengende. Under en romvandring i 2001 fikk astronauten Chris Hadfield noe i venstre øye, og tårene hans skapte etter hvert en stor vannboble som spredte seg til det andre øyet. Det gjorde det vanskelig for ham å se.

Men spørsmålet er om man i det hele tatt kan kalle de vektløse vannboblene for dråper. For å snakke om dråper skal man jo nettopp ha noe som henger eller faller, og det skjer ikke i rommet.

Referanser:

P.V. Hobbs og A.L. Rangno: «Super-large raindrops». Geophysical Research Letters (2004), DOI: 10.1029/2004GL020167

E. Villermaux og B. Bossa: «Single-drop fragmentering determines size distribution of raindrops». Nature Physics (2009), DOI: 10.1038/nphys1340 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.