Vous avez sûrement déjà regardé la pluie, perplexe et étonné de la façon dont les gouttes de pluie tombent dessus. Des gouttes qui ressemblent toujours à des formes circulaires ou ovales et qui, en personne, vous les voyez tomber comme s'il s'agissait d'aiguilles. Quels mystères se cachent derrière la formation de gouttes d'eau? Qu'est-ce qui est caché sous la surface de minuscules gouttelettes d'eau et pourquoi des gouttelettes d'eau se forment-elles?
Si vous voulez décrypter toutes ces énigmes et doutes, continuez à lire
Une goutte d'eau
L'eau est l'élément le plus abondant à la surface de la Terre. C'est grâce à elle que la vie, telle que nous la connaissons, est possible. Sans elle, il n'y aurait ni rivières, ni lacs, ni mers, ni océans. De plus, nous-mêmes ne pourrions pas vivre, car notre corps est composé d'environ 70 % d'eau.
L'eau existe sous trois états : solide (glace), liquide (eau) et gazeux (vapeur d'eau). Son changement d'état dépend entièrement de la température et de la pression. Lorsqu'on chauffe la glace, l'énergie augmente les vibrations des molécules d'eau qui la composent, et elle commence à fondre. Si cette chaleur persiste, les particules se séparent tellement qu'elles se transforment en gaz. La vapeur d'eau n'est rien d'autre que de minuscules gouttelettes d'eau. Mais…
Pourquoi des gouttes d'eau se forment-elles?
Lorsqu'on désigne les molécules qui composent l'eau, on les imagine circulaires, comme des sphères maintenues ensemble par des vibrations et des rotations. Si tel était le cas, pourquoi l'eau ne s'étale-t-elle pas jusqu'à l'épaisseur d'une seule molécule lorsqu'on la répand ? Cela s'explique par un phénomène appelé tension superficielle. C'est grâce à cette tension superficielle entre les molécules qu'une aiguille peut flotter à la surface d'un verre, ou que les gerris peuvent marcher sur l'eau.
Pour comprendre cela, vous devez savoir ce qui se passe à l'intérieur du liquide. L'eau est composée de molécules qui, à leur tour, sont des atomes. Chaque atome a des charges positives (protons) et des charges négatives (électrons) et ils ont l'une ou l'autre forme, selon le type de molécule qu'ils forment. Parfois, la couche d'électrons est plus attirée les unes vers les autres et d'autres fois les protons et les électrons. Par conséquent, nous savons qu'il existe des forces d'attraction et de répulsion.
Lorsqu'on observe une molécule dans un liquide, on constate qu'elle est complètement entourée d'autres molécules et que toutes les forces intermoléculaires s'annulent. Si une molécule exerce une force d'attraction vers la gauche, une autre exercera une force d'attraction vers la droite avec la même intensité, ce qui compense ces forces. Les molécules possèdent ainsi moins d'énergie et sont plus stables . On recherche toujours l'état qui requiert le moins d'énergie : ce qui est chaud se refroidit, ce qui est haut descend, etc.
La situation se complique lorsqu'on examine les molécules de la couche superficielle de l'eau. Ces molécules ne sont pas complètement entourées d'autres molécules. Elles ne subissent des forces que d'un seul côté. Pour pallier ce problème, les molécules se réorganisent, cherchant une forme qui minimise la surface qu'elles occupent. À volume égal, la sphère est la forme géométrique qui présente la plus petite surface.
Pour toutes ces raisons, les gouttelettes d'eau se forment lorsqu'on verse de l'eau et prennent une forme circulaire ou sphérique. C'est aussi pourquoi des objets de faible masse et plus denses que l'eau (comme les gerris) peuvent flotter : la surface de l'eau tend à rester intacte, empêchant ainsi la pénétration d'un corps étranger. Pour en savoir plus sur le comportement de l'eau, vous pouvez consulter la section sur la vapeur d'eau ou poursuivre votre lecture sur la forme des gouttes de pluie.
La tension superficielle dans l'eau est plus élevée que dans d'autres liquides car la géométrie de ses molécules est angulaire et fait exister plus de forces.
Pourquoi les gouttes de pluie ont-elles la forme d'une larme?
Après avoir expliqué la raison pour laquelle des gouttes d'eau se forment, il est temps d'expliquer pourquoi ces gouttes prennent la forme d'une larme lorsqu'elles tombent du ciel sous la pluie.
On représente généralement les gouttes de pluie comme ayant la forme d'une larme. Pourtant, à moins de tomber sur une vitre, elles n'ont pas cette forme. Les petites gouttes de pluie ont un rayon inférieur à un millimètre et sont sphériques. Les plus grosses prennent la forme d'un petit pain à hamburger lorsque leur rayon dépasse 4,5 mm. Dans ce cas, elles se déforment, formant une sorte de parachute avec un tube d'eau à leur base, puis se dispersent en gouttelettes plus petites.
Ce changement de forme des gouttelettes d'eau est dû à l'interaction de deux forces agissant simultanément. La première est la tension superficielle, mentionnée précédemment, et la seconde est la pression atmosphérique , qui pousse la base de la gouttelette vers le haut lors de sa chute. Lorsque la gouttelette est petite, la tension superficielle exerce une force supérieure à la pression atmosphérique, ce qui lui confère une forme sphérique. À mesure que la taille de la gouttelette augmente, sa vitesse de chute et la force de la pression atmosphérique qui s'exerce sur elle augmentent également. Cela provoque l'aplatissement de la gouttelette et la formation d'une dépression en son centre.
Lorsque le rayon de la goutte dépasse 4 mm, la dépression au centre de la goutte augmente de telle sorte qu'elle forme une poche avec un anneau d'eau au-dessus , et de cette grosse goutte se forment plusieurs gouttes plus petites.
Avec ces informations, vous pourrez en apprendre un peu plus sur les gouttes d'eau et pourquoi elles ont cette forme lorsqu'elles se trouvent à différents endroits. Maintenant, vous pouvez regarder à travers la fenêtre avec une meilleure connaissance de l'élément qui nous donne la vie.
