Максимальное ускорение падения снежинки достигает 142 м/с², измерили физики

С октября 2020 по апрель 2021 года физики из Университета Юты под руководством Тимоти Гарретта изучали, как падает снег. Они измерили скорость и ускорение падения 533 тысяч снежинок и обобщили параметры их движения. Результаты напряжённой работы обнародованы журналом Physics of Fluids.

Для измерений и видеосъёмки летящих снежинок учёные собрали установку на основе дифференциального оптического дисдрометра — прибора для анализа объёмного распределения микрочастиц, применяющегося в метеорологии.

В первом приближении скорость падения снежинки принято считать постоянной — примерно 0,9 км/ч — за счёт того, что гравитация уравновешивается сопротивлением воздуха. Именно такую равновесную скорость закладывают при составлении большинства прогнозов погоды.

Однако при этом не учитывается влияние турбулентности воздушных потоков, которое можно оценить двумя параметрами — числом Рейнольдса (отношение инерционных сил к силам вязкого течения) и числом Стокса (отношение кинетической энергии частиц к энергии их взаимодействия с системой). Оно, судя по несимметричному распределению значений скорости осаждения снежинок вокруг среднего, существенно.

В среднем скорость снежинок действительно зависит в основном лишь от их формы и массы. А анализ их ускорения показал два типа падения снежинок: если кинетическая энергия меньше, чем взаимодействие с воздухом, то они качаются в воздухе, а если больше — случайным образом бродят.

Максимальное измеренное ускорение снежинки составило 142 м/с² — почти невесомую (плотность 12,7 кг/м³ — в 79 раз легче воды), её разогнало локальным вихрем.

Физики надеются, что результаты их исследований помогут синоптикам делать более точные прогнозы. Кроме того, они запатентовали свой модифицированный дисдрометр — он может для метеорологических измерений в полевых условиях.

Типы снежинок и параметры их падения