Vedci z Massachusettského technologického inštitútu vysvetlili, prečo niekedy kvapôčka kvapaliny nezlučuje s povrchom kvapaliny pod ňou. Ak je kvapka veľmi studená a kvapalina na dne je dostatočne teplá, bude kvapka „levitovať“kvôli tokom spôsobeným teplotným rozdielom. Výsledky výskumu sú prezentované v článku v časopise Journal of Fluid Mechanics.
Vedúcu štúdie Michelu Gehryovú zaujímalo, prečo môže teplotný rozdiel zabrániť kvapke v zmiešaní s povrchom kvapaliny. Navrhla malú škatuľu, veľkú asi ako šálku na espresso, s akrylovými stenami a kovovým spodným okrajom, ktorú striedavo ukladala na horúci a studený tanier. Krabica obsahovala misku so silikónovým olejom a na vrchu bola injekčná striekačka, cez ktorú mohli vedci vytlačiť kvapky silikónového oleja s rovnakou viskozitou ako v miske. V každej sérii experimentov Gehry meral teplotu vytlačenej olejovej kvapky a teplotu povrchu kvapaliny v kúpeli. Vyberali sa oleje s rôznymi viskozitami - od blízkej k vode až po 500-krát viskóznejšie.
Časový interval medzi kvapôčkou vystupujúcou zo striekačky a časom, kedy sa zlúčila s povrchom kvapaliny, bol starostlivo zaznamenaný na kameru, ktorá natáčala 2 000 snímok za sekundu. V jednom prípade sa vedcom podarilo vytvoriť kvapku, ktorá sa vznášala vo vzduchu desať sekúnd a udržiavala teplotný rozdiel 30 ° C. To sa zhruba rovná rozdielu medzi horúcou kávou a studeným mliekom, ktoré sa do nej pridáva.
"Zistili sme, že hmotnosť padajúcej kvapky a sila recirkulácie vzduchovej vrstvy môžu byť v jednom bode vyvážené. Na dosiahnutie tejto rovnováhy potrebujete minimálny alebo kritický teplotný rozdiel, aby kvapôčka mohla začať levitovať," vysvetľuje Gehry. V určitom okamihu sa kvapka úplne zahreje, jej teplota sa rovná povrchovej teplote a levitácia sa zastaví.
Kvapka smotany spadne do horúcej kávy / Massachusetts Institute of Technology
Skupina vedcov skúmala tento jav z matematického hľadiska. Výpočty ukázali, že levitačný čas kvapky súvisí s teplotným rozdielom 2: 3. Fyzici prispôsobili rovnice popisujúce zmiešanie dvoch kvapalín a simulovali, ako sa správa teplá časť kvapaliny vo vnútri kvapôčky, ktorá bola ohrievaná z povrchu dole. To umožnilo pochopiť, ako sa teplé prúdy šíria po kvapkách, až sa nakoniec všetko zohrejú. Vedci sa domnievajú, že ich výpočty pomôžu lepšie pochopiť, ako sa chemické a biologické látky miešajú a šíria v tekutinách, ako aj porozumieť chovaniu kvapiek v podmienkach nulovej gravitácie.