A Massachusettsi Műszaki Intézet tudósai kifejtették, miért néha egy folyadékcsepp nem olvad össze az alatta lévő folyadék felületével. Ha a csepp nagyon hideg, és az alján lévő folyadék elég meleg, a csepp "levitálódik" a hőmérséklet-különbség okozta áramlások miatt. A kutatási eredményeket a Journal of Fluid Mechanics cikkében mutatjuk be.
A vizsgálat vezetője, Michela Gehry arra volt kíváncsi, hogy a hőmérséklet-különbség miért akadályozhatja meg a cseppek keveredését a folyadék felületével. Tervezett egy kis, kb. Eszpresszó pohár méretű dobozt, akril falakkal és fém alsó éllel, amelyet felváltva tett hideg és meleg tányérra. A doboz egy tál szilikonolajat tartalmazott, a tetején pedig egy fecskendő volt, amelyen keresztül a tudósok ugyanolyan viszkozitású szilikonolajcseppeket tudtak kinyomni, mint a tálban. Minden kísérleti sorozatban Gehry megmérte a kinyomódott olajcseppek hőmérsékletét és a fürdőben lévő folyadék felületének hőmérsékletét. Az olajokat különböző viszkozitással választották ki - a víz közeli értéktől az 500-szoros viszkózusig.
A fecskendőből kilépő csepp és a folyadék felületével összeolvadó idő közötti időintervallumot gondosan rögzítették egy kamerán, amely másodpercenként 2000 képkockát filmezett. Az egyik esetben a tudósok képesek voltak egy cseppet tíz másodpercig a levegőben lebegtetni, miközben a hőmérséklet-különbség 30 ° C volt. Ez nagyjából megegyezik a forró kávé és a hozzáadott hideg tej közötti különbséggel.
"Megállapítottuk, hogy a leeső cseppek súlya és a légréteg újrakeringetésének ereje egy ponton kiegyensúlyozott lehet, és ennek az egyensúlynak az eléréséhez minimális vagy kritikus hőmérséklet-különbségre van szükség, hogy a csepp elkezdjen levitálni" - magyarázza Gehry. Egy ponton a csepp teljesen felmelegszik, hőmérséklete megegyezik a felületi hőmérséklettel, és a lebegés leáll.
Egy csepp tejszín esik a forró kávéba / Massachusetts Institute of Technology
Tudósok egy csoportja matematikai szempontból vizsgálta ezt a jelenséget. A számítások kimutatták, hogy egy csepp levitációs ideje összefügg a 2: 3 hőmérséklet-különbséggel. A fizikusok két folyadék keveredését leíró egyenleteket adaptáltak, és szimulálták, hogyan viselkedik a csepp belsejében lévő folyadék meleg része, amelyet az alulról felszíne felmelegít. Ez lehetővé tette annak megértését, hogyan terjednek cseppenként a meleg áramok, végül felmelegítik az egészet. A tudósok úgy vélik, hogy számításaik segítenek jobban megérteni, hogy a vegyi anyagok és a biológiai anyagok miként keverednek és terjednek a folyadékokban, valamint megértik a cseppek viselkedését nulla gravitációs körülmények között.