Группа исследователей из Лаборатории технической физики Ливерпульского университета в Соединенном Королевстве подробно описала эти эффекты, исследуя воздействие капель воды на мягкие сферические поверхности. На этой неделе они представляют свое исследование в журнале Physics of Fluids от AIP Publishing.Используя полидиметилсилоксановый (PDMS) силиконовый эластомер, исследователи создали множество выпуклых полусферических эластичных субстратов. Ливерпульская команда провела различные серии экспериментов, варьируя параметры удара, включая отношения диаметров, модуль упругости полимера и числа Вебера.
«Мы взяли мягкий материал, силиконовый полимер, и мы смогли изменить мягкость или твердость этого силикона, приготовив его разными способами», — сказал Вольфанго Бертола, член исследовательской группы.Анализ команды был сосредоточен на количествах, которые характеризуют морфологию или распространение и втягивание падающих капель, а также на влиянии параметров удара на распространение и втягивание. Они использовали обработку изображений, чтобы заглянуть в эти явления, а затем измерить диапазоны углов распространения, длину кривых смачивания и динамические углы смачивания для капель воды, ударяющихся о различные полимеры.
Уникальная технология обработки изображений, основанная на гониометрической маске, позволила измерить динамический контактный угол во время удара. Этот новый метод не требует, чтобы форма капли была сферической или даже симметричной, и именно это сделало возможным измерение динамического угла смачивания.
Исследователи продемонстрировали, что кривизна поверхности увеличивает втягивание упавшей капли. Они определили, что это произошло из-за разницы в диссипации энергии, вызванной кривизной поверхности. Это рассеяние вызывает повышение температуры капли во время удара.
В целом было показано, что параметры удара существенно влияют на динамический угол контакта во время удара. Количественная оценка энергии деформации показала, что эта энергия намного меньше вязкой диссипации.Было показано, что из трех изученных параметров удара число Вебера оказывает наибольшее влияние на динамический угол контакта. Во всех изученных ситуациях наблюдалось увеличение ударного числа Вебера для систематического уменьшения динамического угла контакта, независимо от других значений прицельного параметра.
Фактически, команда из Ливерпуля обнаружила, что влияние соотношения диаметров и модуля упругости на растекание ограничено.Использование простого подхода сохранения энергии для учета рассеяния энергии за счет деформации подложки объясняет лишь небольшую часть экспериментальных результатов. Группа определила, что этого подхода недостаточно для объяснения, в частности, максимальной длины распространения.
Этот и другие факторы вызывают новые вопросы относительно удара капли о выпуклые мягкие поверхности; однако благодаря этим ученым процесс идет полным ходом.«Это своего рода новая область, которую можно исследовать, это первая работа, в которой говорится о ударах на мягкие сферы.
Мы надеемся, что это побудит других изучить их более подробно, как экспериментально, так и численно», — сказал Бертола.