Dlaczego po deszczu na powierzchni szyb okiennych obserwujemy krople wody?
Kiedy po deszczu patrzymy na okna, często widzimy na ich powierzchni liczne krople wody. Zjawisko to jest związane z właściwościami fizycznymi wody oraz interakcją między wodą a powierzchnią szyby.
Pierwszym kluczowym pojęciem, które należy zrozumieć, jest napięcie powierzchniowe. Woda, jak każda ciecz, posiada napięcie powierzchniowe – siłę, która działa na powierzchni cieczy, starając się minimalizować jej powierzchnię. Cząsteczki wody na powierzchni są przyciągane do siebie silniej niż do otaczającego je powietrza, co sprawia, że woda dąży do tworzenia kształtów o najmniejszej powierzchni. Najmniejszą powierzchnię dla danej objętości ma kula, dlatego krople wody przyjmują kształt zbliżony do sfery.
Drugim ważnym czynnikiem jest adhezja, czyli przyciąganie cząsteczek wody do powierzchni, na której się znajdują. Szyby okienne, wykonane głównie ze szkła, są gładkie i stosunkowo nieprzepuszczalne, co sprawia, że cząsteczki wody są przyciągane do ich powierzchni, ale nie rozlewają się na niej całkowicie, jak na bardziej chłonnych materiałach. Woda nie wnika w szkło, ale jest przyciągana do jego powierzchni, co powoduje powstawanie kropli.
Jednak na ostateczny kształt i rozmiar kropli wpływa również kąt zwilżania. Jest to kąt, jaki tworzy powierzchnia cieczy z podłożem. Jeżeli kąt zwilżania jest mały (poniżej 90°), woda łatwo rozprzestrzenia się na powierzchni, tworząc cienką warstwę. W przypadku dużego kąta zwilżania (powyżej 90°), krople zachowują swój kulisty kształt. Woda na szkle zazwyczaj tworzy krople, ponieważ kąt zwilżania jest na tyle duży, że cząsteczki wody bardziej przyciągają się nawzajem niż do powierzchni szyby.
Na kształt i rozmieszczenie kropli wpływają również mikronierówności powierzchni szyby. Choć szkło wydaje się gładkie, w skali mikroskopowej posiada drobne nierówności, które mogą wpływać na to, jak krople wody formują się na jego powierzchni. Tam, gdzie powierzchnia jest nieco bardziej chropowata, woda może się rozprzestrzeniać na większym obszarze, tworząc większe, ale bardziej płaskie krople.
Warto również wspomnieć o roli zanieczyszczeń na szybach. Zanieczyszczenia, takie jak kurz czy tłuste plamy, mogą zmieniać właściwości powierzchniowe szyby, a tym samym wpływać na kształt kropli. Na powierzchniach zabrudzonych wodne krople mogą zachowywać się inaczej niż na czystym szkle, tworząc nieregularne kształty lub łącząc się w większe plamy.
Ostatecznie to kombinacja napięcia powierzchniowego wody, jej adhezji do szkła oraz kąta zwilżania decyduje o tym, że po deszczu obserwujemy krople wody na powierzchni szyb okiennych. To piękne zjawisko, które możemy zaobserwować, jest wynikiem subtelnej gry sił fizycznych, które działają na poziomie mikroskopowym.