Физики увидели, как капли дождя становятся мощным природным скульптором

Когда капля дождя ударяется о землю, она взрывается, словно крошечная бомба, образуя миниатюрный кратер и разбрасывая частицы почвы и песка. Теперь ученые обнаружили ранее неизвестный — и еще более разрушительный — механизм, о котором сообщили в Proceedings of the National Academy of Sciences.

При определенных условиях капли могут отскакивать, а затем катиться по склону, по пути обрастая песком. Такие песочные шарики переносят до 100 раз больше грунта, чем обычные капли — и это открытие поможет создать более точные компьютерные модели эрозии почвы и изменения ландшафта.

Исследование началось со случайного наблюдения ученых, гулявших под дождем в Швейцарских Альпах: они заметили крошечные шарики, скатывающиеся по крутому грунтовому склону. Заинтригованные, они сняли явление на телефон. Позже группа воспроизвела его в лаборатории Пенсильванского университета, сбрасывая капли воды на метровую наклонную платформу (30°) с мелким песком. С помощью высокоскоростной камеры они зафиксировали две формы катящихся капель — «арахис» и «пончик».

Команда выяснила механизм процесса, рассчитав физические силы, действующие на каплю при скатывании. Если капля дестабилизируется при ударе о поверхность, она деформируется в «арахис», собирая по несколько песчинок за раз и вращаясь при движении вниз. Но если капля остается стабильной, она собирает так много песка, что превращается в плотный шар. Разгоняясь, шар принимает форму бублика перед тем, как разрушиться.

Результаты помогут не только в моделировании эрозии, но и в совершенствовании производственных процессов, связанных с каплями и тонкими порошками — например, в фармацевтике или пищевой промышленности, заключили авторы статьи.