雨为什么是一滴一滴下的？

所以可以看到，在整个成云致雨的过程中，水分都是以“滴”的形式存在并发展的，所以降水的形式，也是以“滴”为单位进行的。

二、 我们再来看看雨在降落的过程中发生了什么。

在此之前夹带一点私货，一滴一滴的雨长什么样？

有人可能觉得长这样：

但实际上并非如此：

雨滴的形状从何而来？

分析雨滴的受力在探究雨滴的形状中非常重要。雨滴在下落的过程中，主要受到三个力的作用，即表面张力、重力和空气阻力。

表面张力让水滴像个球。如果我们在空中洒下一把沙子会发生什么？没错，沙子会在风中散开。因为并没有一个力能将分散的沙子聚成一个整体。而水则不同，表面张力可以让水作为一个整体，保持一定的体积，同时在两个水滴相遇时，会发生粘附，并在表面张力的作用下形成一个新的更大的近似球体的水滴。

其次是重力。重力会不会让水滴拉伸变形？会，但并不是因为自由落体定律。只有当物体下落存在先后次序时，自由落体定律造成的撕裂才有用武之地，但是整个雨滴是同时开始下落的，因此其加速过程也是同步的，并不会导致水滴的上下部分因为速度不同而分离。那么重力如何发挥作用？通过静压力。我们可以通过水滴内外的应力平衡来分析水滴的形状，在水滴内部，由于重力的存在产生了静压力，外部则有表面张力和空气阻力，内外压力如何平衡让我们找到了一窥雨滴形状的门户。模拟的结果显示，雨滴的真实形状接近椭球体。

由于空气阻力的缘故，这个椭球的下部会变得扁平。当雨滴比较小的时候，空气阻力的影响并不显著，表面张力占主导，但随着雨滴尺寸的增大，空气阻力的影响渐渐显现，扁平变得明显。高速线阵扫描雨滴谱仪的观测结果如下：

（刘西川等，2013）

实际上这种形状并不是雨滴的专利，任何水体在下落的过程中都有着和雨滴类似的遭遇。

但是空气阻力并不是只有让雨滴变形这一个作用，它还掌握着雨滴的速度和尺寸。

物理基础比较扎实的同学都知道，在考虑空气阻力的情况下，自由落体运动是存在一个极限速度的。对于雨滴而言也同样适用，并且质量大的雨滴极限速度会大于质量小的雨滴。在一般条件下，半径3mm的雨滴（也就是直径6mm）末速度为918cm/s，而半径为1mm的雨滴（直径2mm）的末速度仅有649cm/s，随着半径的继续降低，这种速度差异会显著拉大，对于半径为0.02mm（直径0.04mm）的雨滴来说，末速度已经下降到了5cm/s。

（周淑贞《气象学与气候学》）

在这种速度差异下，实际发生的情况，是一个大雨滴会以远超过下方小雨滴的速度横扫一个圆柱形的空间，并吞并这个空间内所有下落速度比它慢的小雨滴，进一步扩大，进一步加速，进一步吞并，最终成为一个庞然大物。这就是重力冲并的过程。

如果重力冲并持续下去的话，最后落到题主面前的，就算不是一条水柱，也是一个硕大无比的水球。所以雨滴在下落过程中的解体机制必不可少。水滴体积的增长，存在一个2-3mm的临界尺度。当水滴在空气中下降时，周围作用在水滴上的压力以及水滴内部的静压力差均随水滴的增长及下降而不断增大，过大的水滴变形越来越剧烈，表面张力无法再继续维持如此大的体形，水滴的底部向内凹陷，形成一个空腔，空腔越变越大，越变越深，上部越变越薄，最后大水滴破碎成许多大小不同的水滴。

随着体积过大的水滴在气流中解体，产生很多小水滴，下落速度也会随着水滴尺度的变小而骤降。正是因为这样的解体机制，当下落的距离超过一定高度时，任何水体都会以小于临界尺度的水滴的形式落地（当然结冰属于作弊，冰块的结构可比水滴稳固地多）。所以落到地面上的，都是“滴”。

综上，无论是形成的过程，还是下落的过程，都决定了雨只能以“滴”的形式落地。

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重点回复一下关于钢水的例子，我仔细思考了一下，觉得钢水的例子不适合与雨滴类比。

第一，倾倒钢水的过程是缓慢的，也就意味着钢水流出转炉的时候，有些钢水的前端已经开始下落，而钢水的后端依然通过张力与转炉内的钢水荣辱与共，所以钢水才会在前端断裂成粒。如果假设转炉突然消失，整炉钢水同时下落，那么它们只会同时加速下落，不会因为下落速度的不同而断裂。就如@Chaos Jam 所言，如果一个水柱从云中掉出，那么因为各点的加速过程完全同步，它将会以水柱的形式落地。雨滴正是这种情况，因此用自由落体来解释雨滴在下落过程中的解体，不合适。（水龙头的例子其实也是一样，从水龙头中先后流出的水被先后赋予了同样的初速度，这个初速度是由水管的水压决定的，也就相当于先后落下的小球，水柱并不是作为一个整体同时落下的）

第二，钢水的表面非常坚固。钢水的表面经过初步凝固，其牢固程度比起雨滴的表面张力而言简直是固若金汤，因此雨滴在下落过程中发生的解体机制，并不适用于钢水，也就是说，因为钢水的表面承受压力的能力太强，很难像水滴一样因为太大而在空中解体。不过如果将钢水液滴以极快的速度发射出去，应该也可以看到它在气流中解体的过程吧。

@汪有

————————原答案——————————————

我觉得答案分为两部分。

第一部分，雨的形成和筛子上的棉花是不同的。筛子上的棉花能流出水来，是从棉花的缝隙中直接流出成股的液态水，即使有筛子的作用，在表面张力的作用下，筛子的下表面其实也接近一个完整的水面，从这上面一旦有水开始下落，周围的水膜就会在张力的作用下汇集过来沿着它的轨迹一同下落，形成水柱。而云在成雨之前，首先是形成云滴。云滴是围绕着凝结核由水汽凝结而成，彼此之间没有像棉花中的水那样的水力联系，可以认为是独立的个体，所以当它们过重而开始下落的时候，也不会因为水力联系成股。

第二部分，雨的下落过程和棉花中下落是不同的。第一个答案说的有道理，你的筛子放的不够高。成雨的过程中，雨滴之间难免会互相碰撞并合并为大雨滴，称之为冲并，具体过程比较复杂就不详述了。但是形成的大雨滴是有极限的，并不能无限扩大，成为水柱更不可能。因为在下落的过程中，越大的雨滴受到空气阻力、气压变化的干扰越严重，结构越不稳定，越容易解体。当水滴半径增大到2-3mm时，水分子间的引力难以维持这样大的水滴，在降落途中，就很容易受气流的冲击而分裂。所以实际上经常发生的情况是：雨滴在下落的过程中冲并成为大水滴，然后被“风”吹散，又成为万千小水滴，循环往复，直到落地。所以不存在成为水柱的条件。

当然，当雨滴的密度实在是太大了，能实现真正字面意义上的“倾盆大雨”，水柱还是有可能出现的，但这样的现实案例我没有见过，题主如果见到了的话，别忘了告诉我们。

来源：知乎www.zhihu.com

作者：杨文豪

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