Burzliwe życie ma centymetr długości • Igor Iwanow • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • Fizyka

Sztormowe życie ma centymetr długości

Kropla opadająca na hydrofobową powierzchnię zamienia się w "mikrobąb", a następnie "strzela" za pomocą mikrostrumieni wody (zdjęcie z Phys. Rev. Lett., 96, 124501)

Eksperymenty na upadku kropli wody na hydrofobowej powierzchni z wysokości zaledwie 1 cm ujawniły szereg nieoczekiwanych zjawisk. Nawet przy tak delikatnym zderzeniu wewnątrz bąbelków kropelki mogą wystąpić i pokonać mikrostrumienie.

Zderzenie ciekłej kropli z powierzchnią jest interesującą i ważną częścią hydrodynamiki. Po pierwsze jest to prywatny przykład. niestacjonarny ruch płynu z powierzchni swobodnej, którego aktywne studium teoretyczne wciąż trwa. Po drugie, zrozumienie tego procesu jest ważne dla praktycznych zastosowań, takich jak druk atramentowy i malowanie powierzchni. I wreszcie, jest po prostu piękna: korony rozprysków i tryskające pionowo w górę, które powstają, gdy kropla wpada do wody, imponują swoimi dziwacznymi i prawie nieprawdopodobnymi formami.

Wydawać by się mogło, że takie zwyczajne i łatwo odtwarzalne zjawiska powinny być już badane wzdłuż i w poprzek, przynajmniej w eksperymencie. Dlatego wydaje się zaskakujące, że w niedawnym artykule D.Bartolo i wsp., Physical Review Letters, 96, 124501 (27 marca 2006) opisali zjawiska towarzyszące kropli wody na powierzchni bardzo mała wysokośćktórego nikt wcześniej nie zauważył.

W pracy badaczy francuskich i holenderskich opisano wyniki obserwacji wielkości kropelek 1 mm z wysokości jedynie około 1 cm na hydrofobowy (niezwilżalna) powierzchnia. Obserwacji dokonano za pomocą ultraszybkiego systemu wideo, który pozwolił uzyskać do 100 tysięcy klatek na sekundę i śledzić wszystkie etapy zderzenia kropli z powierzchnią.

Zrzucona kropelka najpierw spłaszcza się, ale z powodu jej niezwilżalności, następnie ponownie składa się i odbija się od powierzchni. Jednak przez te milisekundy, które zderzają się, zdarzają się bardzo interesujące zjawiska.

Uderzenie dolnej krawędzi kropli na powierzchni powoduje fale kapilarne (zdjęcie), które przechodzą przez cały spadek i skupiają się w jego górnej części. Tam powodują silne wahania wody w górę i w dół, a kiedy woda schodzi w dół, rowek przebija kroplę, zmieniając ją w "mikropęcherzyki".

Eksperymenty wykazały, że ten kanał powietrzny szybko się zapada,ale jeśli wybierzesz właściwą prędkość początkową, to zawsze pozostaje ona ściśle cylindryczna (dla teoretyków zachowanie to jest znakiem, że równania mają rozwiązanie podobne do siebie). Tylko w ostatniej chwili z nim. coś się dziejei jest tak szybki, że kamera wideo nie ma czasu na śledzenie czegokolwiek: na jednej ramie jest cylindryczny kanał i nic na następnym. Jednak to właśnie powoduje to zniszczenie kanału powietrznego mikroskopijny strumieńpobijanie. W niektórych eksperymentach jego prędkość przekraczała początkową prędkość kropli. 40 razy!

Interesujące jest to, że jeśli początkowa prędkość kropli jest nieco większa niż optymalna, wówczas surowy cylindryczny kształt słupa powietrza zostaje naruszony, w wyniku czego zmienia się w pęcherzyk powietrzazłapany w kroplę.

Oczywiście bąbelki i strużki można łatwo uzyskać, upuszczając kroplę bardzo duży wysokości (pamiętaj tylko o bąblach w kałużach podczas ulewy), ale mało kto podejrzewał z górypodobne efekty występują przy tak delikatnych procesach.

Jednak według autorów artykułu zaobserwowane zjawiska nie są wielką tajemnicą dla teoretycznej hydrodynamiki.Po rozwiązaniu równań teoretycznie mogłyby one wyprowadzić nie tylko zależność prędkości i promienia strumienia od parametrów początkowych, ale nawet odtworzyć jego kształt. Jedynym niejasnym punktem jest proces zniknięcia cylindrycznego kanału powietrznego i dalsze badania będą wymagane w celu jego wyjaśnienia.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: