Nawet gdy fizycy stosują duże, kosztowne eksperymenty w celu odkrycia ogromnych fal grawitacyjnych i maleńkich hadronów, wciąż mogą odpowiedzieć na pytania dotyczące całkowicie przyziemnych. Na przykład - dlaczego krople zimnego mleka odbijają się na powierzchni gorącej kawy przed zatonięciem? Dlaczego teensy sfery wody ślizgają się po powierzchni basenu w deszczu?
Zespół naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT) po raz pierwszy zaobserwował i opisał siły, które powodują, że krople cieczy lewitują nad powierzchnią większych zbiorników.
Oto jak to działa.
Naukowcy odkryli, że gdy kropla deszczu uderza w powierzchnię kałuży, uruchamiają się podwójne silniki. Zderzenie powoduje, że małe prądy wirują wewnątrz kropli, a także pod powierzchnią kałuży. Nowe badania wykazały, że gdybyś mógł zajrzeć do kropli, zobaczyłbyś wodę spływającą w dół wzdłuż krawędzi wewnątrz kropli, a następnie wspinającą się z powrotem w kierunku centrum.
Ten wirujący ruch wewnątrz kropelki, niewidoczny w większości przypadków, wytwarza wystarczającą siłę, aby oderwać powietrze otaczające kroplę. Zgodnie z nowymi odkryciami powietrze formuje się w cienki, szybki strumień wiatru, który płynie pod kroplą, utrzymując szerokość włosów nad powierzchnią.
Naukowcy odkryli jednak, że silniki te - wewnątrz kropli i pod powierzchnią cieczy - nie wirują same. Różnice ciepła między kroplą a cieczą, na którą wpływa, napędzają obrót i lewitację. Gdy kropla deszczu ogrzeje się lub ochłodzi do temperatury kałuży - proces przyspieszany przez wirujące silniki, które mogą trwać od milisekund do sekund - rozbije się przez magiczny dywan powietrza i zniknie w kałuży.
Badacze z MIT wymyślili, jak obliczyć minimalną różnicę ciepła dla lewitacji w dowolnej cieczy. Okazało się, że jeśli różnica jest większa niż to minimum, kropelka lewituje dłużej. Krótszy, a kropla wcale nie lewituje.
Dzięki sprytnym konfiguracjom eksperymentalnym i pomocy szybkich kamer naukowcy mogli stworzyć piękne filmy z silnikami lewitacji w akcji. Naukowcy zmieszali błyszczące płatki dwutlenku tytanu z olejem, a następnie przy pomocy strzykawki przyparli kroplę tego oleju do powierzchni większej sadzawki. Podświetliły kroplę jasną diodą LED, a dwutlenek tytanu zaświecił się, gdy wirował w wirujących prądach, podążając ścieżką silników.
Autorzy opublikowali artykuł opisujący odkrycie 8 listopada w Journal of Fluid Mechanics.
