Zespół brytyjskich fizyków i matematyków użył superkomputera, aby odkryć ukrytą prawdę o tym, jak kropelki wody łączą się i sklejają.
Jeśli kiedykolwiek widziałeś, jak kropelki wody stykają się i łączą, być może wyobrażałeś sobie, jak dwie małe kule wody zbliżają się do siebie, dopóki ich powierzchnie nie zachodzą na siebie, a napięcie powierzchniowe przyciąga różne kule w jedną, szorstką całość. To jest widoczne gołym okiem. Ale nowa symulacja z wykorzystaniem superkomputera, opublikowana 13 marca w czasopiśmie Physical Review Letters, przedstawia znacznie bardziej skomplikowany obraz.
W symulacji modelowano dwie równej wielkości kropelki czystej wody w kosmosie, aż do poziomu poszczególnych cząsteczek wody. Gdy kropelki zbliżyły się do siebie, naukowcy wykazali, że na powierzchni tych kropelek powstają małe, ultraszybkie fale. Losowe ruchy cząsteczek wody, zwane „fluktuacjami termicznymi”, powodowały, że poszczególne cząsteczki podskakiwały i tańczyły w miarę zbliżania się.
Naukowcy nazywają ten efekt falowania powierzchni, który wynika z fluktuacji termicznych cząsteczek, „termicznymi falami kapilarnymi”. Fale są w tym przypadku zbyt małe i szybkie, aby można było je wykryć w naturalnym eksperymencie. Ale symulacja wykazała, że fale teensy sięgają do siebie, tworząc przednią krawędź zbliżających się kropelek wody. Napięcie powierzchniowe kropelek (siła kohezji, która utrzymuje kropelki w ich „kropelkowym” kształcie) tłumi fale, ale nadal są obecne i nadal tworzą przednią krawędź kropel, gdy się do siebie zbliżają.
W końcu naukowcy odkryli, że fale dotykają się, tworząc pomosty między kropelkami. A kiedy utworzy się pojedynczy most, napięcie powierzchniowe zacznie działać, uszczelniając kolejne zmarszczki „jak zamek błyskawiczny na kurtce”, jak stwierdzili naukowcy w oświadczeniu.
Naukowcy przeprowadzili symulację około 5 milionów cząsteczek wody, tworząc dwie krople o szerokości około 0,16 cala (4 milimetry). Cała fuzja skończyła się w ciągu kilku nanosekund w tej skali - napisali zbyt szybko, aby jakikolwiek aparat ludzki mógł je uchwycić.
Chociaż symulowali dwie kropelki unoszące się w przestrzeni, podobny efekt prawdopodobnie działa, gdy dwie kropelki łączą się na płaskiej powierzchni, napisali. Zrozumienie tego zachowania jest ważne, jak napisali, ponieważ mogłoby to pomóc wyjaśnić zachowanie wody w chmurach i wewnątrz maszyn zaprojektowanych do skraplania wody z powietrza.
