Капли на поверхности колеблющейся жидкости
Все мы знаем, что если капля жидкости упадёт на поверхность той же жидкости, то она просто с ней сольётся и пропадёт. Оказывается, жизнь устроена несколько сложнее.
Ещё Рэлей в 1899 году показал, что капли могут отталкиваться друг от друга, не сливаясь. С изобретением методов сверхбыстрой фотосъёмки учёные обнаружили, что и при падении на поверхность жидкости капля сливается с ней не сразу. Сначала она немного подпрыгивает, сохраняя свою форму, и только потом разрушается.
В 2005 году Ив Кудер (Yves Couder) из Парижского университета № 7 имени Дениса Дидро вместе со своими коллегами показал, что капли могут сохраняться на поверхности жидкости неразрушенными бесконечно долго, если эту поверхность слегка трясти.
Буквально на днях в arXiv.org была выложена ещё одна работа на ту же тему, на этот раз выполненная мексиканскими учёными. Статья также снабжена видео, которое можно скачать в высоком и низком разрешении. Это видео приведено ниже.
Что же демонстрируют учёные? Первым делом они показывают капли, падающие на спокойную поверхность. Как и ожидалось, капля сливается с остальной жидкостью (в эксперименте использовалась обычная вода с небольшим добавлением мыла), однако только после того, как сделает одно или два колебания на её поверхности.
Затем жидкость помещается на специальный вибростенд. В этом случае, как и было известно ранее, капли слегка колеблются, деформируются, но не разрушаются.
Интересным является то, что если запустить на поверхность несколько капель, то они стремятся объединиться в своеобразный кластер. Этот кластер, однако, не может быть слишком большим. Если число капель в нём превышает некое критическое значение, «лишние» капли начинают разрушаться, поддерживая таким образом общее число капель постоянным.
Учёные также обнаружили, что если увеличить амплитуду колебаний поверхности жидкости так, чтобы на её поверхности возникли так называемые нелинейные стоячие волны Фарадея, то число капель в кластере можно значительно увеличить.
Удовлетворительного объяснения наблюдавшимся эффектам, к сожалению, пока нет. Известно, что капли не сливаются с жидкостью сразу из-за наличия тонкой воздушной прослойки, которая в случае вибрирующей поверхности сохраняется неограниченно долго.
Видео, приведённое выше, участвует в конкурсе Американского физического общества на лучший фильм по гидродинамике. Остаётся только пожелать удачи его авторам и ещё раз удивиться тому, какие неожиданные эффекты могут наблюдаться в специальных условиях.
Кстати, знаете ли вы, что, замерзая на холодной поверхности, капли становятся острыми?
Источник: How To Make Droplets Levitate on Water — Technology Review
