Massachusettsin teknillisen instituutin tutkijat ovat selittäneet, miksi nestepisara ei joskus sulaudu sen alapuolella olevan nesteen pintaan. Jos pisara on erittäin kylmä ja pohjassa oleva neste on tarpeeksi lämmin, pisara "levitoi" lämpötilaeron aiheuttamien virtausten vuoksi. Tutkimustulokset esitetään artikkelissa Journal of Fluid Mechanics.
Tutkimuksen johtaja Michela Gehry ihmetteli, miksi lämpötilaero voisi estää pisaran sekoittumisen nesteen pintaan. Hän suunnitteli pienen laatikon, noin espressokupin kokoisen, akryyliseinillä ja metallisella alareunalla, jonka hän asetti vuorotellen kuumalle ja kylmälle telineelle. Laatikossa oli kulho silikoniöljyä, ja sen yläosassa oli ruisku, jonka läpi tutkijat pystyivät puristamaan silikoniöljypisaroita samalla viskositeetilla kuin kulhossa. Kussakin koesarjassa Gehry mitasi puristetun öljypisaran lämpötilan ja kylvyssä olevan nesteen pinnan lämpötilan. Öljyt valittiin eri viskositeeteilla - lähellä vettä 500 kertaa viskoosimpiin.
Ruiskusta tulevan pisaran ja nesteen pintaan sulautuneen ajanjakso tallennettiin huolellisesti kameraan, joka kuvaa 2000 kuvaa sekunnissa. Yhdessä tapauksessa tutkijat pystyivät tekemään pisaran leijuu ilmassa kymmenen sekunnin ajan pitäen lämpötilaero 30 ° C: ssa. Tämä on suunnilleen sama kuin kuuman kahvin ja siihen lisätyn kylmän maidon välinen ero.
"Huomasimme, että pisaran putoamisen paino ja ilmakerroksen uudelleenkierrätysvoima voivat olla tasapainossa yhdessä pisteessä, ja tämän tasapainon saavuttamiseksi tarvitset pienimmän tai kriittisen lämpötilaeron, jotta pisara alkaa levitoida", Gehry selittää. Jossakin vaiheessa pisara lämpenee kokonaan, sen lämpötila muuttuu pinnan lämpötilaan ja levitaatio loppuu.
Pisara kermaa putoaa kuumaan kahviin / Massachusetts Institute of Technology
Ryhmä tutkijoita tutki tätä ilmiötä matemaattisesta näkökulmasta. Laskelmat ovat osoittaneet, että pudotuksen levitaatioaika liittyy lämpötilaeroon 2: 3. Fyysikot mukauttivat yhtälöt, jotka kuvaavat kahden nesteen sekoittumista, ja simuloivat, kuinka pisaran sisällä olevan nesteen lämmin osa, joka kuumennettiin alhaalta pinnalta, käyttäytyy. Tämä antoi mahdollisuuden ymmärtää kuinka lämpimät virtaukset leviävät pisaroittain, mikä lopulta lämmittää kaiken. Tutkijat uskovat, että heidän laskelmansa auttavat ymmärtämään paremmin, miten kemikaalit ja biologiset aineet sekoittuvat ja leviävät nesteissä, sekä ymmärtämään pisaroiden käyttäytymistä painovoimattomissa olosuhteissa.
