Även i antikens Grekland, filosofen Aristoteles försökte sammanfatta alla sätt som vatten kan bete sig. Nu, ca 2, 400 år senare, två forskare från Imperial College London, med laserblixtfotografering av mikroskopiska droppe-partikelkollisioner, har upptäckt att vattendroppar fortfarande har flytande knep att avslöja.

"Vi har identifierat ett stänkbeteende som ingen har sett tidigare, sa Yannis Hardalupas, en av författarna till denna nya forskning som visas i en omslagsartikel denna vecka i tidskriften Vätskors fysik .

Tidigare forskning har främst undersökt droppkollisioner med plana ytor, som en vägg. Detta producerade en taxonomi av droppbeteenden, från "snabbstänket" (motsvarigheten till ett folkspråk "splat") till det fantastiska "kronstänket".

Hardalupas och kollega Georgios Charalampous undersökte det mindre studerade fallet med en droppe som hade en frontalkollision med ett fast ämne, sfärisk partikel. Smådropparna var ungefär en femtedel av en millimeter i diameter, lite bredare än ett människohår, och träffar partiklar två till 10 gånger större.

Deras nanosekundssnabba digitala ögonblicksbilder avslöjade att vissa droppar vid nedslaget omfamnade partikeln i Saturnus-liknande ringar, eller "kronor, " och fortsatte sedan intakt till den andra änden av partikeln.

"Det som är avgörande är att kronan förblir sammanhängande; den går inte sönder som du förväntar dig. Kronan sammanhänger tills den kommer till baksidan av partikeln, " Charalampous sa om vad de har kallat en "överfart"-kollision. "För samma droppstorlek och samma storlek partikel, när kollisionen sker med samma hastighet, den beter sig alltid på samma sätt."

Forskarna fångade det nya droppbeteendet med en högteknologisk fotografering. Detta innebar motsvarigheten till en mikrokran av destillerat vatten som använde vibrationer för att droppa med en bestämd hastighet och droppstorlek. Dropparna föll på en perfekt inriktad liten glaspartikel ovanpå en stålnål. Kollisionsdynamiken registrerades i frysbildsbilder med hjälp av en mikroskopmonterad kamera och en laserinducerad fluorescensblixt med exponeringar på några miljarddelar av en sekund.

"Vi kunde inte observera nypningen på grund av den stödjande nålen, men vi förväntar oss att droppen i slutet skulle nypa av och reformeras eftersom den rör sig tillräckligt snabbt för att göra det, sa Hardalupas.

Övergångsdroppbeteendet inträffar på en "sweet spot" vid kollisioner med de mindre partiklarna där kronan håller ihop tillräckligt länge innan instabiliteter hinner utvecklas och slita isär den, enligt Charalampous.

Vätskedynamiken vid kollisioner mellan droppar och partiklar är avgörande för industriell spraytorkning, där en slurry finfördelas till droppar som torkas för att producera ett pulver med korn av standardstorlek. I den här studien, storleken och hastigheten på de använda dropparna liknade droppstorleken från en finfördelare, en storlek som är karakteristisk för tvättmedel eller snabbkaffepartiklar.

Vid en överfartskollision, säger forskarna, den kritiska aspekten är att en del av vätskan, och dess innehåll, stannar på partikeln för att belägga och förstora den, information som skulle kunna informera mer effektiv spraytorkning.

"Vi har identifierat en rad driftsförhållanden som inkluderar hastigheten och diametern på dropparna, vilket ger dig bättre vätskeavlagring på ytan, och detta ger riktlinjer för hur det är bäst att använda spraytorkar, sa Hardalupas.