为什么有的水滴还没碰到物体表面就反弹了?

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-03-06

华威大学的研究人员如今可以解释。


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水滴反弹的过程图像

图自University of Warwick

当水滴落时,它可能会溅落、覆盖在物体表面上,或是像沙滩球一样反弹。

只有在与表面碰撞的速度合适时,液滴才会形成一个非常薄的纳米级气垫,供自己反弹。

华威大学的研究人员如今可以解释为什么有的水滴会像沙滩球一样从表面反弹,但却没有真正接触到表面。借此,未来的液滴技术的设计可以变得更加精确和高效。

液滴与表面或其它液滴之间的碰撞一直都在发生。例如,云中的小水滴相互碰撞形成更大的水滴,最终会落在固体上,比如汽车的挡风玻璃。

水滴在碰撞后会有不同的表现,有些会飞溅,有些会把表面抹得很干净,有些则会像沙滩球一样弹跳。

近日发表于《物理评论快报》上的一篇文章中,来自华威大学的研究人员发现了一种新的解释,能够阐明一些有关水滴反弹的实验观察结果。

值得注意的是,水滴下落的高度是由纳米级的微小气垫的性能决定的。为了解释得更清楚一点,你可以想象一个月亮大小的东西在花园蹦床上弹跳。

即使表面非常光滑,就像在实验室条件下一样,液滴分子和壁分子的分子间作用力意味着大多数情况下,液滴会被挤压到表面上,无法反弹。

通过非常详细的数值模拟后,研究表明,液滴若要反弹,碰撞速度必须恰到好处。速度太快,下落的动量会让气垫太薄。速度太慢就会被分子间作用力抓住。但在完美的速度下,水滴就会出现一种干净的弹跳,就像跳高运动员完美地越过障碍杆一样。

华威大学工程学院的Duncan Lockerby教授表示:“水滴碰撞是我们当今所依赖的技术的一个组成部分,例如在喷墨打印和内燃机中的应用。对液滴碰撞了解越多,有助于新兴技术的发展,例如金属3D打印,因为它们的准确性和效率最终将取决于碰撞后的液滴。”

同样来自华威大学数学研究所的James Sprittles博士补充道:“更重要的是,气垫太薄,以至于分子在穿过气垫时往往不会遇到对方,而传统理论无法解释这一点。新的建模方法将被应用于气候科学的云物理、下一代电子设备的喷雾冷却等基于水滴的用途上。”


蝌蚪五线谱编译自scitechdaily,译者狗格格,转载须授权

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