每日一问107：水滴为什么上面尖下面圆，而不是球形或者别的形状?

可能不少人印象中的水滴是上面尖下面圆的泪状，这多少和海报、节水标志中常用泪状表示水滴有关。实际上，水滴的形状并非如此。

在太空中没有重力影响，水滴为近乎完美的圆球。这是因为水滴的表面张力，在此作用下水滴表面积趋于最小（表面积越小，能量越低）。在体积相同的情况下，球形表面积最小，所以水滴是球形。

实际生活中，重力等影响会使水滴偏离球形。以水龙头为例，水滴摇摇欲坠时，顶端仍与水龙头有小面积的接触（上面的尖），底端下垂，重力和水龙头的附着力将水滴拉扯成长椭球，比较接近泪状。彻底坠落后，水滴很快变成扁椭球并向下运动，然后又变成圆球、长椭球、圆球、扁椭球，如此循环变形，如图。

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至于雨滴，文献指出直径小于1mm的雨滴以球形为主，在1-3mm的雨滴以椭球形为主，在3-5mm的雨滴为底部扁平的馒头状，如图（直径是指与雨滴体积相同的球的直径）。雨滴所受重力与直径的三次方成正比，表面张力与直径成正比。当雨滴较小时，重力远小于表面张力，可忽略重力，在表面张力作用下雨滴成球形；雨滴较大时，重力与表面张力相当，不能再忽略，这使得雨滴偏离球形而呈椭球形；雨滴很大时，底部受到较大的空气阻力，使得底部扁平化而呈馒头状。

参考文献：

[1]蔡一坤.穿透现象和液滴形状的关系[J].力学学报,1996(04):106-109.

[2]舒小健,高太长,刘西川,胡帅,江诗阳.基于降水微物理特征测量仪的雨滴形状观测与分析[J].气象,2017,43(01):91-100.

回答：半七

编辑：yrLewis