主题：流体力学趣事-前言 -- 沐右

上文说到由于表面张力和空气阻力的存在，雨滴有一个大小的限制，而且，由于空气阻力和速度正相关，雨滴不会在重力的作用下速度不停地增加下去。这样，雨滴打到我们身上的时候，即使是少数个头稍微大一些速度快一些的，我们也一般不会感觉到疼痛，更不会对身体造成什么直接伤害。

水花水花为什么？

然而，雨滴的速度已经足够把它自己撞个粉身碎骨了。当雨滴撞到一个光滑平面的时候，就会碎裂开来，水花四溅，在撞击的地方留下几许水痕。在海边，大家也能看到大海波涛滚滚，撞到礁石上，变成“浪花一朵朵”。这是为什么呢？在这个过程中，什么才是主要的关键因素呢？

芝加哥大学的Wendy Zhang教授和Sidney Nagel教授在一个实验里揭开了这个秘密。他们研究了一个水滴是怎么样撞到一个干燥光滑的平面上的[ 1 ] 。结果如下图所示：

在Sidney Nagel教授研究组的网页上（链接），我们还可以找到他们拍摄的水滴和平面撞击的视频，

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一个大气压下水珠和平面碰撞的过程

[FLASH]http://www.tudou.com/v/As7ABkS2cqY/v.swf[/FLASH]

0.2个大气压下水珠和平面碰撞的过程

直径为3.4毫米的水滴以3.74米每秒的速度落在平面上（相当于从约70厘米高的地方落下），而碰撞的过程由高速摄像机忠实地记录下来。 在一个大气压下，水滴撞在平面上，发生形状的变化，而边缘则会激起一圈美丽的托盘样的浪花，碎裂成很多的小水滴。随着气体压强的降低，激起的浪花越来越小。在0.172个大气压下，水滴撞到平面上之后，就只是平滑的摊成薄薄的一层，不会激起任何的浪花。由此我们可以看出，海水、礁石都不是关键的因素，空气的存在才是形成浪花的 决定条件，如果没有空气的话，我们也看不到浪花朵朵的美景了。

在这个水滴和平面碰撞的过程里，水的表面张力使得水尽量平滑地铺开，而空气对运动的阻碍和摩擦使得水散开的边缘不稳定。这两种因素的竞争就决定了是否会激起浪花。他们利用不同液体和气体重复这个过程，得到的结果是一致的[ 1 ]。更进一步的研究表明，水滴和平面接触之后，两者正中间的地方会形成一个小气泡，水花飞溅的过程与水和平面间夹着的这层空气有很大的关系[ 2 ]。

参考阅读：我在科学松鼠会上的文章《水面上舞动的精灵(2, 3)》

参考资料：

1. L. Xu, W. Zhang and S. R. Nagel, Phys. Rev. Lett. 94, 184505 (2005).

2. M. M. Driscoll, C. S. Stevens and S. R. Nagel, Phys. Rev. E 82, 036302 (2010); M. M. Driscoll and S. R. Nagel, arXiv:1108.1129v1 (2011).

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