Vattendroppar flyter i en het panna på grund av den så kallade Leidenfrost-effekten. Nu, fysiker har upptäckt en variant:den elastiska Leidenfrost-effekten. Det förklarar varför hydrogelbollar hoppar runt på en värmeplatta och gör höga ljud. De har publicerat resultaten av sin studie i Naturfysik .

För det mesta, forskning uppstår genom vetenskapens gradvisa framsteg. Men ibland, forskningsprojekt uppstår ur en plötslig nyfikenhet. Fysikern Scott Waitukaitis (Leiden University / AMOLF) snubblade över en YouTube-video med studsande hydrogelkulor på en värmeplatta och blev så inspirerad att han bestämde sig för att skriva ett NWO Veni-bidragsförslag för att utforska fenomenet.

Leidenfrost effekt

Dansen av vattendroppar i en stekpanna är ett välkänt fenomen som kallas Leidenfrost-effekten. De varma undersidorna av dropparna förångas så snabbt att de flyter runt på en ångkudde. I slående kontrast, hydrogelkulor uppvisar ihållande studsande rörelse. Vad mer, de skriker medan de studsar. Varför och hur gör de detta? Waitukaitis och gruppledaren Martin van Hecke (Leiden University / AMOLF) upptäckte att en okänd effekt ligger bakom studsandet och skriket:den elastiska Leidenfrost-effekten, som de beskriver i en publikation i Naturfysik .

Elastisk Leidenfrost

Hydrogelbollar är elastiska sfärer som mestadels (98 procent) är vatten – det finns inget skal. När de rör vid värmeplattan, en liten mängd vatten förångas, som händer med vanliga vattendroppar. Genom att använda höghastighetsvideografi för att granska förångningsprocessen vid gränssnittet mellan sfären och den heta ytan, Waitukaitis upptäckte att den frigjorda ångan interagerar med den squishy sfären för att skapa snabba svängningar i tryck och deformation. Rörelsen som följer injicerar energi i sfären, leder till en ihållande studsning. "Dessa svängningar sker snabbt, med en frekvens av några tusen cykler per sekund, orsakar de höga ljuden, " säger Waitukaitis.

Mjuk motor

Detta fenomen kan tyckas trivialt, men Waitukaitis och kollegor hävdar att det lyfter fram ett användbart koncept. "Effektivt sfären fungerar som en motor på det sättet att den utnyttjar energi från ytan, " säger han. "Vad är otroligt, dock, är att alla komponenter i en motor, som bränsle, kolvmekanismen, och den mekaniska effekten, är inbäddade i en enda hydrogelkula."

Med tanke på att mekanismen uttryckligen kräver att objektet är squishy, forskarna kallar detta en "mjuk motor". Idén kan vara användbar inom andra områden, också. "Man skulle kunna dra fördel av den här idén inom mjuk robotik. Du kan, till exempel, dra en uppsättning ledningar genom armarna på en hydrogelrobot och värm dem där du vill ha rörelse."