Forskare från Massachusetts Institute of Technology har förklarat varför en droppe vätska ibland inte smälter samman med vätskans yta under den. Om droppen är mycket kall och vätskan i botten är tillräckligt varm, kommer droppen att "levitera" på grund av flödena orsakade av temperaturskillnaden. Forskningsresultaten presenteras i en artikel i Journal of Fluid Mechanics.
Studieledare Michela Gehry undrade varför temperaturskillnaden kunde förhindra att droppen blandas med vätskans yta. Hon designade en liten låda, ungefär lika stor som en espressokopp, med akrylväggar och en metallkant av metall, som hon turas om att placera på en varm och kall tallrik. Lådan innehöll en skål med silikonolja och uppe var en spruta genom vilken forskare kunde pressa ut droppar silikonolja med samma viskositet som i skålen. I varje serie experiment mätte Gehry temperaturen på den utpressade oljedroppen och temperaturen på vätskans yta i badet. Oljor valdes med olika viskositeter - från nära vatten till 500 gånger mer viskös.
Tidsintervallet mellan droppen som lämnar sprutan och den tid den smälter samman med vätskans yta registrerades noggrant på en kamera som filmade 2000 bilder per sekund. I ett fall kunde forskare få en droppe att sväva i luften i tio sekunder och bibehålla en temperaturskillnad på 30 ° C. Detta är ungefär lika med skillnaden mellan varmt kaffe och kall mjölk som tillsätts.
”Vi fann att vikten på den fallande droppen och luftskiktets återcirkulationskraft kan balanseras vid en punkt, och för att uppnå denna jämvikt behöver du en minimal eller kritisk temperaturskillnad för att droppen ska börja sväva”, förklarar Gehry. Vid något tillfälle värms droppen helt upp, dess temperatur blir lika med yttemperaturen och levitationen slutar.
En droppe grädde faller i varmt kaffe / Massachusetts Institute of Technology
En grupp forskare undersökte detta fenomen ur en matematisk synvinkel. Beräkningar har visat att levitationstiden för en droppe är relaterad till temperaturskillnaden som 2: 3. Fysiker anpassade ekvationer som beskriver blandningen av två vätskor och simulerade hur den varma delen av vätskan inuti droppen, som värms upp från ytan nedanför, beter sig. Detta gjorde det möjligt att förstå hur varma strömmar sprids droppe för droppe och så småningom värmer upp allt. Forskare tror att deras beräkningar kommer att hjälpa till att bättre förstå hur kemikalier och biologiska ämnen blandas och sprids i vätskor, såväl som att förstå dropparnas beteende under förhållanden med noll gravitation.
