Aмeрикaнскиe физики oбъяснили эффeкт крaткoврeмeннoй лeвитaции xoлoднoй перлы жидкости, падающей в   нагретый резервуар с   такой   же жидкостью. С   помощью экспериментального и   теоретического исследования, результаты которого опубликованы в   Journal of   Fluid Mechanics, ученые показали, яко из-за разницы температур в   зазоре между каплей и   поверхности возбуждаются газовые потоки, которые и   задерживают стяжение.

Если небольшая капля жидкости падает на   поверхность точно такой   но жидкости, то   в   большинстве случаев капля сразу   же будет с ней скрещиваться. Однако если температуры у   капли и   объемной жидкости разные (например, при добавлении в вспыльчивый кофе холодного молока), то   перед слиянием капля какое-то время может левитировать по-над поверхностью или катиться по   ней. Это связано с   тем, что промеж (себя) двумя фазами в   течении какого-то времени сохраняется тонкий слой воздуха, кто препятствует слиянию. Подобный эффект иногда можно наблюдать при падении холодных чашечка дождя на   поверхность нагретого   пруда.

Massachusetts Institute of Technology

Для сильнее точного описания и   объяснения такого эффекта американские ученые из   Массачусетского Технологического Института по-под руководством Джона Буша (John W.   M. Bush) провели управляемое падение холодных миллиметровых капеж силиконового масла различной вязкости на   нагретую поверхность из   такого   но масла, записали происходящие процессы на   высокоскоростную камеру и   предложили для них теоретическое объяснение. Чтобы изучения потоков внутри капель, в   некоторые из   них дополнительно помещались частицы оксида титана, которые рассеивали микропучок лазера и   позволяли таким образом визуализировать направления течения.

Схема экспериментальной установки в (видах исследования слияния капли с объемной жидкостью. Справа изображены левитирующие капли пизда слиянием, в одной из которых течения визуализируются с помощью рассеяния лазера получи и распишись частицах оксида титана. M. Geri et al./ Journal of Fluid Mechanics,   2017

Основной причиной задержки предварительно слиянием капли с   объемной жидкостью является разница температур. При приближении лекарство к   поверхности нижняя часть холодной капли немного нагревается, а   верхняя часть горячей жидкости окрест поверхности вблизи капли   — наоборот, охлаждается. Это приводит к   локальному изменению поверхностного натяжения и   возбуждению потоков внутри по образу объемной жидкости, так и   капли из-за эффекта Марангони. Течение жидкости приводит к   замедлению вытекания воздуха из   зазора в ряду двумя фазами жидкости и   приводит к кратковременному подвешиванию капли надо поверхностью.

Течения Марангони, которые возникают в капле и объемной жидкости поперед. Ant. после слиянием. M. Geri et al./ Journal of Fluid Mechanics,   2017

В   эксперименте время жизни капли в   таком подвешенном состоянии надо поверхностью составило от   100 миллисекунд до   нескольких секунд в зависимости с вязкости используемого силиконового масла и разницы температур.

Для того, чтобы очер этот эффект количественно, ученые предложили теоретическую модель, которая связала время жизни с   разницей температур промежду горячей жидкостью и   холодной каплей. Предложенная модель предполагает, что при повышении разницы температур время жизни подвешенной лекарство растет, причем рост времени жизни пропорционален разнице температур в   степени 2/3, чего согласуется и   с   данными эксперимента. Кроме того, для заданной вязкости ученые смогли отрыть минимальную разницу температур, при которой данный эффект вообще может отмечаться.

Подобный эффект, при котором падающая капля отскакивает от   поверхности, хоть наблюдать и   для твердых поверхностей. Это случается при падении на   нагретую зеркало за   счет эффекта Лейденфроста из-за образования прослойки пара или, как например, при падении капли на   супергидрофобную поверхность.

Автор: Александр Дубов