Фізики помітили перетворення крапель на «капелюхи-казанки»

Фізики з Університету Стенфорда і Науково-технічного інституту Окінави виявили незвичайну поведінку при розтіканні крапель рідини в середовищах, що змішуються з матеріалом крапель. На відміну від звичного розтікання в плоску «лужицю», краплі в таких умовах набувають форми, що нагадують капелюх. За словами авторів, важливу роль в еволюції форми краплі починають грати не тільки сили гравітації, але і потоки рідини, викликані дифузією. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє.

В експериментах вчені поміщали на предметне скло краплю кукурудзяної патоки, після чого поміщали скло у воду. Те, що відбувається, фіксувалося відеокамерою. Патока починала розтікатися і розчинятися у воді, через що форма краплі поступово змінювалася. З боку при цьому виникало відчуття, що кругла крапля поступово перетворювалася на «капелюх-казанок» з полями, що розростаються. Центральна частина «капелюха» зберігала форму і лише зменшувалася у висоті.

Для того, щоб зрозуміти, що відповідально за таку форму, фізики додали в сироп 200-нанометрові флуоресуючі полістирольні мікросфери. З їх допомогою вчені візуалізували рух рідин і виявили швидкосувний потік, що спускається з верхівки «капелюхи» до її країв, розширюючи тим самим поля «капелюхи». Виникнення потоку автори пов'язують з дифузією між рідинами.

Крім того, автори розробили модель поведінки крапель у середовищах, хімічно близьких до них за складом. Виконана робота дозволяє краще зрозуміти процеси, що відбуваються, наприклад, на крилах птахів, які потрапили в нафтові плями - природні жири на пір'ях добре змішуються з нафтою. У перспективі це може поліпшити існуючі способи очищення оперення птахів при розливах нафти.

Дослідженнями динаміки крапель займаються багато груп фізиків. Так, вчені з Університету Прінстона вивчили поведінку крапель віскі при висиханні (при цьому виникають незвичайні візерунки), а швейцарські фізики виявили спонтанну левітацію крапель води над спеціальними поверхнями.