Genom att göra sin due diligence, rengöra sin labbutrustning, vätskefysiker Stoffel Janssens från Mathematical Soft Matter Unit vid Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Okinawa, Japan, noterade den ovanliga växelverkan mellan vatten- och acetondropparna som flyter över vattenytan när dropparna tog sig till avloppet.

"Jag märkte att ibland, droppar svävar kort över ytan av en vätska innan de smälter samman med vätskan, ", sa Janssens. "Att bli fascinerad av detta fenomen, Jag utförde en litteraturstudie där jag drog slutsatsen att ett tunt lager av gas mellan en droppe och en vätskeyta kan förhindra sammansmältning."

Med andra ord, vad Janssens märkte var att acetondropparna inte blandades med vattnet på grund av deras egen form av Leidenfrost-effekten, observeras vanligare i vattendroppar på fasta heta ytor. När det gäller vatten, dropparna flyter på ett lager av ånga som bildas där de möter den heta ytan. Janssens och kollegor vid OIST och National Institute for Materials Science, både i Japan, studerade vätskedynamiken för denna interaktion, och av den självframdrivning som är gemensam för Leidenfrost-effekten (som har sitt eget namn, Marangoni-effekten) för att lära dig mer om den underliggande mekaniken. Deras överraskande resultat visas denna vecka i tidskriften Vätskors fysik .

I vanliga fall, aceton (huvudkomponenten i de flesta nagellackborttagningsmedel) och vatten är blandbara, betyder att, till skillnad från olja och vatten, de blandas och separerar inte eller bildar droppar när de blandas.

"Aceton har en kokpunkt på 56 C, långt under vatten, och därför avdunstar kraftigt när det närmar sig en varmvattenyta, "Jag antog att stark avdunstning kan skapa ett gaslager mellan en acetondroppe och en vattenyta för att undertrycka sammansmältning."

Janssens och hans medförfattare använde höghastighetsvideografi för att studera droppdynamiken i rumstemperatur och deras underliggande mekanismer, tittar noga på variabler som droppstorlek och hastighet för självgående droppar. När de gjorde det, de hittade några oväntade beteenden.

"Efter att ha analyserat filmer som erhållits med höghastighetskamerabilder, Jag märkte också att en självgående droppe gradvis blir nedsänkt under den ostörda vattenytan, ", sa Janssens. "Denna nedsänkning börjar när en droppe har en horisontell hastighet på cirka 14 cm/s. Till sist, efter att noggrant mätt förskjutningen av flera droppar, vi drog slutsatsen att nedsänkning orsakar motstånd."

De upptäckte att acetondropparna skulle driva sig själva över vattenytan tills de nådde en hastighet som skulle dra dem under ytan, fortfarande i droppform, där de sedan upplever drag från det omgivande vattnet.

"Denna typ av drag genom nedsänkning är, som vi förstår det, inte beskrivs i litteraturen och det är viktigt att ta hänsyn till när man mäter motståndet på små föremål som stöds av ett vätske-gasgränssnitt, sade Janssens. Dessutom, vattengående varelser som vattenstridare, vattenspindlar, och skalbaggar kan utnyttja drag genom nedsänkning för att förflytta sig."

Främling ännu, de upptäckte att fram till den punkt som droppen går under ytan, ju snabbare den rör sig, desto snabbare går det snabbare.

"Vi observerade att en droppe accelererar snabbare med ökande horisontell hastighet upp till den punkt som nedsänkning inträffar, Janssens sa. "Denna initiala flykteffekt kan vara intressant för framtida forskning som involverar självframdrivning driven av en Marangoni-effekt."

Genom att jämföra deras data med teoretiska modeller, Janssens och hans kollegor utvecklade en strategi för att uppskatta tjockleken på dropparnas stödjande ångskikt. Dock, det finns fortfarande mycket mer att förstå om det ovanliga systemet och Janssens team jobbar fortfarande hårt med detta.

"Eftersom det finns många fenomen i detta arbete som är dåligt förstådda, det finns mycket arbete att göra, Janssens sa. "Jag har kontrollerade experiment utformade för att fördjupa vår förståelse av icke-koalescens."