مطرٌ يعدّ القطرات سريع

الأصل: "Fate of Secondary Droplets Produced by High-speed Raindrops Interacting with a Liquid Pool"
· Han-Hsiang Kuo, Xuanting Hao
arXiv:2604.10491 · 2026-04-12 · CC BY 4.0 · 2 دقيقة
كيف تولّد قطرات المطر، حين تسقط في بركة ماء، سربًا كاملًا من الرذاذ — ولماذا يمكن وصفها بمعادلة بسيطة واحدة.

تسقط قطرة المطر في بركة ماء، فيتطاير نافورة صغيرة من الرذاذ عند الاصطدام. كل واحدة من هذه الرذاذات هي قطرة جديدة ثانوية. كم عددها، وما حجمها، وكم تعيش؟ يعتمد ذلك على عوامل كثيرة: سرعة السقوط، وحجم القطرة، وخصائص الماء. قرّر العلماء أن يفكّكوا هذه الفوضى باستخدام المحاكاة الحاسوبية.

أعادوا بناء سقوط قطرة واحدة وقطرتين من المطر في الماء. كانت السرعة مثل سرعة المطر الحقيقي — 7 أمتار في الثانية، وحجم القطرات يتراوح بين 1 و4 مليمترات. كما غيّروا التوتر السطحي (القوة التي تشدّ سطح السائل مثل غشاء رقيق). تبيّن أن عدد القطرات الثانوية ينخفض بشدة مع ازدياد حجمها: الرذاذ الصغير أكثر بكثير من الكبير. إذا رسمنا رسمًا بيانيًا، نحصل على علاقة قوة (power law) بأس سالب خمسة على اثنين. هذا يعني أن قطرة نصف قطرها أصغر بمرتين تُصادف حوالي 6 مرات أكثر.

أصغر الرذاذات، التي يقلّ حجمها عن نصف مليمتر، تشكّل الغالبية العظمى — لكنها هي التي تتبخّر أسرع وتحمل معها الروائح والميكروبات.

عندما تسقط قطرتان متجاورتان، تصبح الصورة أكثر تعقيدًا. قد تقع القطرة الثانية في القمع الذي تركته الأولى، فتتطاير الرذاذات بشكل مختلف. لاحظ العلماء أن عمر الرذاذات وعددها يعتمدان على المسافة بين القطرات المتساقطة. إذا سقطت القطرات قريبة من بعضها، فإن قمع الأولى لم ينغلق بعد، فتغوص الثانية أعمق وتُحدث رذاذًا أقل. أما إذا كانت بعيدة، فكل قطرة تتصرف بشكل شبه مستقل.

لكن الأكثر إدهاشًا: عند إعادة حساب كل البيانات باستخدام المعادلة الجديدة، تقع جميع النقاط من المحاكاة المختلفة على منحنى واحد. هذا يعني أن قانون توليد الرذاذ عالمي — لا يعتمد على حجم القطرة أو سرعتها أو التوتر السطحي. يبدو أن المطر يخضع لرياضيات بسيطة، مثل رقاقات الثلج المتساقطة أو رقاقات الجليد المتدلية.

عند سقوط قطرة المطر في بركة، لا يتشكّل نافورة صاعدة فحسب، بل أيضًا غشاء رقيق من السائل يتمدد بسرعة ثم يتمزق إلى رذاذ — مثل فقاعة صابون تنفجر عند لمسها.

N_d(r_s) \propto r_s^{-5/2}
عدد القطرات الثانوية N_d يتناسب عكسيًا مع نصف قطر القطرة r_s مرفوعًا للأس 5/2. وهذا يعني أن القطرات الصغيرة أكثر بكثير من الكبيرة.
العلماء
ArchimedesDaniel BernoulliLeonhard EulerMax PlanckClaude Shannon
المفاهيم
انتشار اللدائن الدقيقة في الأمطار المشتقة الثانية دش جسيمات الهطول توتر سطحي قوة الصدم تدفق الموائع الزخات الهوائية الواسعة هيدروديناميكا precipitation anomaly سرعة الصوت ماء سائل مسامية ديناميكا الموائع في الوسائط المسامية قطرة كمية الماء معادلة بوازوي سائل دوامات الميوعة الفائقة قانون ستارلينغ