Как капля левитирует над поверхностью жидкости

Капля бутилового спирта может несколько минут парить над поверхностью силиконового масла, делая это самостоятельно, без воздействия внешних сил.

Обычно капли, парящие над поверхностью жидкости, существуют лишь миллисекунды. Для этого жидкость должна обладать определенной вязкостью, тягучестью. Это явление некоалесценции, "разделения" капель и нижележащей жидкости хорошо известно и является важным направлением исследований аэрозолей.

Чтобы капля длительное время находилась в состоянии взвеси под действием силы тяжести, нужно постоянное избыточное давление в сверхузком зазоре между поверхностью жидкости и падающей каплей. Для этого уже существуют различные методы:

· вибрация, когда в зазор между жидкостью и каплями неоднократно попадает воздух, в результате чего капли "всплывают" и подпрыгивают над поверхностью, как на батуте;
· поток воздуха в зазоре, образовавшийся при перекатывании капель по поверхности;
· испарение жидкости или капель - эффект Лейденфроста, который можно наблюдать, когда капли воды танцуют на горячей плите;
· магнитные поля или звуковые волны.

Но всем этим методам нужна либо внешняя работа с системой, либо неравновесное состояние, в котором капли могут плавать до тех пор, пока оно существует, - объясняет Денис Клюев из Тюменского университета. Совместно с коллегой Натальей Ивановой он наблюдал, что капли бутилового спирта, помещенные на поверхность силиконовой жидкости с помощью шприца с иглой, зависали над ней на десятки минут.

При этом капли миллиметрового размера плавали самостоятельно и без воздействия внешних сил, что можно объяснить концентрационной конвекцией: на поверхности капли непрерывно испаряются молекулы, которые в основном неоднородно распределены по поверхности жидкости. В результате поверхностное натяжение в некоторых местах снижается и возникают воздушные потоки, на которых капли могут плавать.

Исследователи уже наблюдали это явление с различными материалами капель и видят возможность его применения в микробиологии или биохимии. Изучение аэрозолей и содержащихся в них вирусов и микроорганизмов важно для понимания путей распространения болезней по воздуху. Новый метод позволяет каплям левитировать без физического контакта, а экспериментаторам изучать их без риска заражения нежелательными микроорганизмами.

Источник: wissenschaft.de