水虽然是最软弱的材料的一种,却能腐蚀坚硬的物质,跌落冲击造成的侵蚀还涉及到广泛的自然、环境过程。
通过高速应力显微镜的方法,它可以用前所未有的时空分辨率对液滴撞击的关键动态特性,即撞击液滴的剪切应力和压力分布。发现真相似非中心应力在冲击雨滴下的快速传播,量化了冲击基底上的剪切力(液滴对撞击表面施加的力主要随着撞击向外扩散,短时间内的扩散速度可以超过音速,在撞击表面产生冲击波。每个液滴都像一个小炸弹,以“爆炸”的方式释放其能量并侵蚀表面。)。弹性衬底在冲击作用下的变形,知道了冲击引起的表面冲击波。这也是低速液滴冲击侵蚀的起源。
滴水穿石本身是指微小的力量经长时间累积后达到不可思议的效果。抛开时间的积分作用,这小小的身躯究竟蕴含怎样大的能量!你是否也会抱有这样的疑问:为什么雨滴没有拳头那么大也没有针尖那么微小?雨滴从那么高的云层滴落为何不会砸伤人?
雨滴的下落过程不同于刚体小球下落,实际受到水、气界面的处的剪切应力和张力的影响,这会导致雨滴变形,甚至破裂。
根据流体力知识,液滴在下落过程中的稳定性受自身惯性力、表面张力和粘性力的综合影响。
由于雨滴增大,受力面积将增大,制约雨滴的变形的空气阻力亦增加,大雨滴变形导致在其未达到相应终点速度以前就已分裂,破裂的小水滴在空中遇到其他水滴时会融合在一起逐渐“长大”,当表面张力不足以抵抗空气阻力作用时就会再一次破裂,这个过程不断循环直到雨滴落地。
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