«Я заметил, что иногда капли ненадолго парят над поверхностью жидкости, прежде чем слиться с ней», — сказал Янссенс. «Заинтригованный этим явлением, я провел исследование литературы, из которого пришел к выводу, что тонкий слой газа между каплей и поверхностью жидкости может предотвратить коалесценцию».Другими словами, Янссенс заметил, что капли ацетона не смешивались с водой из-за их собственной формы эффекта Лейденфроста, который чаще наблюдается в каплях воды на твердых горячих поверхностях.
В случае воды капли плавают на слое пара, образующемся там, где они встречаются с горячей поверхностью. Янссенс и его коллеги из OIST и Национального института материаловедения, оба в Японии, изучали гидродинамику этого взаимодействия и самодвижение, характерное для эффекта Лейденфроста (который имеет собственное название, эффект Марангони), чтобы узнать больше о лежащая в основе механика. Их удивительные результаты опубликованы на этой неделе в журнале Physics of Fluids, издаваемом AIP Publishing.
Обычно ацетон (основной компонент в большинстве жидкостей для снятия лака) и вода смешиваются, что означает, что, в отличие от масла и воды, они смешиваются и не разделяются и не образуют капель при смешивании.«Ацетон имеет температуру кипения 56 ° C, что намного ниже температуры кипения воды, и поэтому сильно испаряется при приближении к поверхности горячей воды», — сказал Янссенс. «Я предположил, что сильное испарение может создать слой газа между каплей ацетона и поверхностью воды, чтобы подавить коалесценцию».
Янссенс и его соавторы использовали высокоскоростную видеосъемку для изучения динамики капель при комнатной температуре и лежащих в их основе механизмов, внимательно изучая такие переменные, как размер капель и скорость самодвижущихся капель. Когда они это сделали, они обнаружили неожиданное поведение.
«Проанализировав видео, полученные с помощью высокоскоростной камеры, я также заметил, что самоходная капля постепенно погружается под ненарушенную водную поверхность», — сказал Янссенс. «Это погружение начинается, когда капля имеет горизонтальную скорость около 14 см / с. Наконец, после тщательного измерения смещения нескольких капель мы пришли к выводу, что погружение вызывает сопротивление».Они обнаружили, что капли ацетона будут двигаться по поверхности воды до тех пор, пока не достигнут скорости, которая затянет их под поверхность, все еще в форме капель, где они затем будут испытывать сопротивление окружающей воды.«Этот тип сопротивления при погружении, насколько нам известно, не описан в литературе, и его важно принимать во внимание при измерении сопротивления небольших объектов, поддерживаемых поверхностью раздела жидкость-газ», — сказал Янссенс. «Более того, водные существа, такие как водомеры, водные пауки и бродячие жуки, могут использовать сопротивление погружением для передвижения».Что еще более странно, они обнаружили, что до того момента, как капля уходит под поверхность, чем быстрее она движется, тем быстрее ускоряется.
«Мы заметили, что капля ускоряется быстрее с увеличением горизонтальной скорости до точки, в которой происходит погружение», — сказал Янссенс. «Этот первоначальный эффект убегания может быть интересен для будущих исследований, которые включают самодвижение, вызванное эффектом Марангони».Сравнивая свои данные с теоретическими моделями, Янссенс и его коллеги разработали стратегию оценки толщины поддерживающего парового слоя капель. Тем не менее, еще многое предстоит понять о необычной системе, и команда Янссенса все еще усердно работает над этим.
«Поскольку в этой работе есть много явлений, которые плохо изучены, предстоит еще много работы», — сказал Янсенс. «Я проводил контролируемые эксперименты, направленные на то, чтобы углубить наше понимание несращивания».