Thomas Dalton
0 
3490
883
Ett team av brittiska fysiker och matematiker använde en superdator för att avslöja den dolda sanningen om hur vattendroppar smälter samman och klistrar samman.
Om du någonsin har sett vattendropparna beröra och smälta samman, kanske du har föreställt dig att två små bollar med vatten kommer närmare och närmare varandra, tills dess ytor överlappade och ytspänningen drog de olika bollarna ihop till en enda grov helhet. Det är vad som är synligt med det blotta ögat. Men en ny simulering med en superdator, publicerad 13 mars i tidskriften Physical Review Letters, målar en mycket mer komplicerad bild.
Simuleringen modellerade två lika stora droppar rent vatten i rymden, ner till nivån för enskilda vattenmolekyler. När dropparna kom närmare varandra visade forskarna små, ultrasnabba vågor bildade på ytorna på dessa droppar. De slumpmässiga rörelserna för vattenmolekylerna, kallade "termiska fluktuationer", fick de enskilda molekylerna att hoppa och dansa mot varandra när de närmade sig. [Flytande skulpturer: Bländande fotografier av fallande vatten]
Forskare kallar denna ympande effekt, som är resultatet av de termiska fluktuationerna i molekylerna, "termiska kapillärvågor." Krusningarna är för små och snabba i detta fall för att alla naturliga experiment kan upptäcka. Men simuleringen visade att tonårsvågorna når ut till varandra och bildar framkanten på de närmaste vattendropparna. Ytspänningen hos dropparna (den sammanhängande kraften som håller dropparna i sin "droppform") undertrycker vågorna, men de är fortfarande närvarande och bildar fortfarande dropparnas framkant när de ligger nära varandra.
Så småningom fann forskarna, vågorna berör och bildar broar mellan dropparna. Och när en enda bro har bildats, kommer ytspänningen att fungera och täta fler krusningar ihop "som dragkedjan på en jacka", som forskarna sa i ett uttalande.
Forskarna simulerade ungefär 5 miljoner vattenmolekyler och bildade två droppar på cirka 0,16 tum (4 millimeter) breda. Hela sammanslagningen är över i några nanosekunder i den skalan - för snabbt för att någon mänsklig kamera kan fånga, skrev de.
Även om de simulerade två droppar som flyter i rymden, är en liknande effekt sannolikt på jobbet när två droppar smälter samman på en plan yta, skrev de. Att förstå detta beteende är viktigt, skrev de, eftersom det kan hjälpa till att förklara beteendet hos vatten i molnen och inuti maskiner konstruerade för att kondensera vatten ur luften.
- Wacky Physics: The Coolest Little Particles in Nature
- I foton: Små vågor stoppade i deras spår
- Galleri: Dreamy Images Reveal Beauty in Physics
Ursprungligen publicerad den .