恐怕沒(méi)有人知道地球上每天會(huì)下多少場(chǎng)雨,，有多少雨滴會(huì)落到地面上來(lái)。從云團(tuán)里面的小水滴或者小冰晶開始,，它們互相碰撞,，合并在一起長(zhǎng)大，直到整體的重量超過(guò)上升氣流所能提供的向上的力量,，然后在重力的作用下,，落到地面上去，形成降雨,。在下落的過(guò)程中,，雨滴仍然會(huì)互相碰撞、融合長(zhǎng)大,，如果不考慮空氣（另外一種流體）的影響,，那么雨滴會(huì)在重力的作用下越來(lái)越快。
不過(guò),，實(shí)際的過(guò)程中,，空氣的阻力并不能夠忽略。在速度比較快的情況下,，空氣對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)的物體產(chǎn)生的阻力和物體的截面積成正比,，和物體相對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)的速度平方成正比[1]。因此,，剛開始下落的時(shí)候雨滴的速度會(huì)越來(lái)越快,，而空氣阻力也會(huì)越來(lái)越大直到接近重力的大小,，最終雨滴落到地面的速度和原來(lái)云層相對(duì)地面的高度關(guān)系并不大，主要由雨滴的重力和空氣阻力的平衡決定,。（同樣的道理,，警方對(duì)天開槍鳴槍示警打出去的子彈，再落下來(lái)的時(shí)候就不會(huì)像剛出膛的時(shí)候殺傷力那么大了,。）
從前面的分析可知,，如果雨滴的大小（直徑）為D,，那么雨滴受到的重力會(huì)和D的三次方成正比,；而雨滴受到的阻力正比于截面積（D的平方）再乘以速度的平方。因此,，如果雨滴的大小越大,，最終落到地面上雨滴的速度也應(yīng)該越快。為什么,，我們從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)拳頭大小的像炮彈一樣轟擊到地面上的雨滴,？
大家應(yīng)該都有過(guò)拿盆、杯子等往空氣里面潑水或者拿水管往空氣里面噴水的經(jīng)歷,。潑出去或者噴出去的水并不會(huì)保持連續(xù)的形狀,，在空氣阻力、地球重力的作用下,，水的表面張力并不能保持一大塊水的整體性,，水會(huì)斷裂分離開來(lái)，形成一團(tuán)團(tuán)水滴,，而且,，表面張力傾向于使得水滴保持圓球的形狀，這也促使水柱分離開來(lái),。對(duì)于雨滴來(lái)說(shuō),，使得雨滴保持一個(gè)整體的力是表面張力，這個(gè)力的大小正比于雨滴的大小,，而使得較大的雨滴分成幾個(gè)雨滴的力是空氣的阻力,，在前邊提到的運(yùn)動(dòng)平衡的情況下，這個(gè)力可以用雨滴的重力來(lái)估計(jì),。這樣,，通過(guò)比較水滴的表面張力和重力，我們可以估計(jì)出一個(gè)雨滴能夠維持不分裂的最大大小,，這個(gè)估計(jì)的數(shù)值大約是4毫米直徑的樣子
[2],。
不同直徑大小雨滴的形狀示意圖（來(lái)自維基百科英文頁(yè)面“drop”）
比較小的雨滴形狀并不是我們一般看到的水龍頭滴下的“水滴”的樣子，而是接近完美的球形。稍微大一些的雨滴,，如上面圖里面C或者D示意的那樣,，將會(huì)在空氣阻力的作用下發(fā)生形狀的變化，而比這個(gè)大?。ū热缯f(shuō)5mm）大的雨滴將不能維持自己的形狀,，最終在空氣阻力的作用下分成幾個(gè)雨滴。
科學(xué)家們可以用不同的方法去測(cè)量雨滴的大小,，從而得到雨滴大小的分布,。不同海拔、不同的天氣條件下得到的雨滴大小并不太一樣 [3,4],，但是雨滴的的大小一般都小于幾個(gè)毫米,，這是液體的表面張力在我們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€(gè)體現(xiàn)。
典型的雨滴大小分布曲線（黑色實(shí)線）,，測(cè)到的絕大部分雨滴的直徑都小于3毫米[4],。
參考資料：
- [1]可閱讀《后跳飛機(jī)的007能否追上先跳的人？》和《高鐵時(shí)速每提升10公里,，能耗加倍,？》
- [2]對(duì)于有興趣了解公式推導(dǎo)過(guò)程的同學(xué)，這個(gè)數(shù)字是這樣得來(lái)的：
維持雨滴形狀的力由表面張力（?）提供,，如果雨滴的半徑為r（直徑為D），那么F=?D=2?r,；而破壞雨滴形狀的力來(lái)自于空氣阻力,，在經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)距離的空中運(yùn)動(dòng)之后，這個(gè)力和雨滴的重力相等,，而雨滴最大的半徑需要滿足這兩個(gè)力相等,，因此F=mg=ρg 4πr3/3。這兩者聯(lián)立并代入水的表面張力和密度值等,，能夠給出最大的雨滴直徑估計(jì)為D=2r~4mm,。 - [3]Zailiang Hu and R. C. Srivastava, Journal of the Atmospheric Sciences 52, 1761 (1995).
- [4]C. R. Williams and K. S. Gage, Ann. Geophys. 27, 555 (2009).
