空気の流れ＆水の流れ

雨粒を浮上させる風洞出口の条件は次の通りです。
①余裕をもって8ｍ/ｓ以上の風速が出せる
②乱れが少ない
③周囲から中央部に向かう弱い流れが必要

③について説明します。雨粒は雨粒後方にできる剥離渦が不安定なので、じっとしていません。飛び回ります。風洞の外に飛び出そうとしたとき、周囲から中央部に向かう流れがあれば、風洞内に長時間留まり、観察することができます。

何十年も前のこと、ある学生が「雨粒の形を見たいんです」と言い出しました。「雨粒が落ちてくるスピードと同じ速さの風を下から吹き上げると、雨粒は止まると思うんです。」

大きさによって雨粒が落ちてくるスピードが違えば、そんな風洞を作っても、止まってくれる雨粒はほとんどないのではないか、と心配しながら、下から上へ吹き上げる風洞を作りました。
案ずるより産むが易し、霧のような小さな雨粒を除いて、ほとんどの雨粒は大小に関係なく、約8m/sのスピードで落ちてくることがわかりました。

雨粒の形は丁度お正月の鏡餅のような形をしています。上が丸くて、下が平らです。その形が雨粒の大きさによって少しずつ変わっていきます。大きな雨粒程、平べったい形になります。

雨粒は時間的に速さが変化することなく、等速で落ちてきます。これは地球が雨粒を下向きに引っ張る力（重力）と、雨粒が落ちてくる方向と反対方向に（上向きに）働く空気の抵抗力（抗力）が釣り合っているからです。
雨粒は大きくなると形が平べったくなり、底面積が増して抗力が増えるので、重力と抗力が釣り合って、小さな雨粒と同じスピードで落下してきます。そのスピードが約8m/sなのです。

雨粒を下から約8m/sの風速の風を吹き上げて観察すると、雨粒はじっとしていません。左右に飛び跳ねています。理由は雨粒の背後に空気の渦ができていて、その渦が不安定なのです。

突然雨粒が分裂することがあります。隣の雨粒と合体することもあります。見ていて飽きません。

さて大きな雨粒を作ろうとすると、いくつかの雨粒を合体させて成長させていくことになります。今までの経験で、最大の雨粒の重さは約0.5ｇ。その形は、本体は平べったい円形、その周りに小さな足のようなものが沢山出てきて、その足が振動しているのです。あっ、これは限界だなと感じました。そしてすぐに分裂してしまいました。

最大の重さが0.5ｇ、落下スピードは約8m/sで一定。

これは生き物にとってありがたいことです。カエルさんが大雨でもゲゴゲゴ鳴いていられるのは、このお陰です。

一方、雹（ひょう）は、形が変わることができないので、大きくなればなるほど、速く落ちてきます。キャベツに穴があくこともあります。大雨でキャベツに穴があいた話は聞いたことがありません。

雨が約8m/sで落下するのは、周りの空気が静止している場合の話です。

雨粒の周りの空気の速度に、下向きの約8m/sの速度を加えた速度で、実際の雨は降ってきます。

雨粒の周りの空気が上から下に吹き下りているときには、雨粒のスピードはかなり大きくなるでしょう。
富士山頂近くでは「雨が下から降ってくる」という話を聞いたことがあります。これは雨粒の周りの空気が下から上へ8ｍ/ｓよりずっと大きな速さで吹き上げている場合に起こります。