Joseph Norman
0 
5013
472
Een team van Britse natuurkundigen en wiskundigen gebruikte een supercomputer om de verborgen waarheid te ontdekken over hoe waterdruppels samenvloeien en aan elkaar blijven plakken.
Als je ooit hebt gezien hoe waterdruppels elkaar raken en samensmelten, heb je je misschien voorgesteld dat twee kleine balletjes water steeds dichter bij elkaar kwamen, totdat hun oppervlakken elkaar overlapten en de oppervlaktespanning de verschillende ballen samenvoegde tot een enkel, ruw geheel. Dat is wat zichtbaar is met het blote oog. Maar een nieuwe simulatie met behulp van een supercomputer, gepubliceerd op 13 maart in het tijdschrift Physical Review Letters, schetst een veel gecompliceerder beeld.
De simulatie modelleerde twee even grote druppels zuiver water in de ruimte, tot op het niveau van individuele watermoleculen. Toen de druppeltjes dichter bij elkaar kwamen, toonden de wetenschappers aan dat zich kleine, ultrasnelle golven op het oppervlak van deze druppels vormden. De willekeurige bewegingen van de watermoleculen, 'thermische fluctuaties' genoemd, deden de individuele moleculen opspringen en naar elkaar toe dansen toen ze dichterbij kwamen. [Vloeibare sculpturen: oogverblindende foto's van vallend water]
Onderzoekers noemen dit golfeffect aan het oppervlak, dat het gevolg is van de thermische fluctuaties van de moleculen, "thermische capillaire golven". De rimpelingen zijn in dit geval te klein en te snel om door een natuurlijk experiment te worden opgemerkt. Maar de simulatie toonde aan dat de kleine golven naar elkaar reiken en de voorrand vormen van de naderende waterdruppels. De oppervlaktespanning van de druppeltjes (de cohesiekracht die de druppels in hun "druppel" -vorm houdt) onderdrukt de golven, maar ze zijn nog steeds aanwezig en vormen nog steeds de voorrand van de druppels als ze bij elkaar komen.
Uiteindelijk ontdekten de onderzoekers dat de golven elkaar raken en bruggen vormen tussen de druppels. En als er eenmaal een enkele brug is gevormd, gaat de oppervlaktespanning aan het werk, waardoor meer rimpelingen aan elkaar worden afgedicht 'zoals de ritssluiting op een jas', zoals de onderzoekers in een verklaring zeiden..
De onderzoekers simuleerden ongeveer 5 miljoen watermoleculen en vormden twee druppels van ongeveer 0,16 inch (4 millimeter) breed. Het hele samenvoegen is op die schaal in een paar nanoseconden voorbij - te snel voor een menselijke camera om te vangen, schreven ze.
Hoewel ze twee druppeltjes simuleerden die in de ruimte zweefden, is een vergelijkbaar effect waarschijnlijk aan het werk wanneer twee druppels samenkomen op een plat oppervlak, schreven ze. Het begrijpen van dit gedrag is belangrijk, schreven ze, omdat het zou kunnen helpen bij het verklaren van het gedrag van water in wolken en in machines die zijn ontworpen om water uit de lucht te condenseren..
- Wacky Physics: The Coolest Little Particles in Nature
- In foto's: kleine golven stopten in hun sporen
- Galerij: dromerige afbeeldingen onthullen schoonheid in de natuurkunde
Oorspronkelijk gepubliceerd op .