University of Warwick-forskare kan nu förklara varför vissa vattendroppar studsar som en badboll från ytor, utan att någonsin röra dem. Nu kan designen och konstruktionen av framtida droppteknologier göras mer exakt och effektiv.

Kollisioner mellan vätskedroppar och ytor, eller andra droppar, hända hela tiden. Till exempel, små vattendroppar i moln kolliderar med varandra för att bilda större droppar, som så småningom kan falla och påverka en fast som din bils vindruta.

Droppar kan bete sig annorlunda efter kollisionspunkten, vissa gör ett stänk, vissa belägger ytan rent, och vissa kan till och med studsa som en badboll.

I artikeln, publiceras idag i Fysiska granskningsbrev , forskare från University of Warwick har hittat en förklaring till experimentella observationer att vissa droppar studsar.

Anmärkningsvärt, droppens öde bestäms av beteendet hos en liten luftkudde vars höjd kan nå skalan av nanometer. För att få en känsla av skala, tänk på något som är lika stort som månen som studsar från en trädgårdsstudsmatta.

Även om ytan är helt slät, som i laboratorieförhållanden, en affinitet mellan droppmolekyler och väggmolekylerna (känd som van der Waals attraktion), kommer att innebära att droppen i de flesta fall kommer att klämmas ner på ytan, förhindrar att den studsar.

Forskningen visar, genom mycket detaljerade numeriska simuleringar, att för att en droppe ska studsa måste kollisionshastigheten vara precis lagom. För snabbt, och droppens rörelsemängd plattar ut luftkudden för tunt. För långsam, och det ger van der Waals-attraktionen tid att få fäste. Med perfekt hastighet, fastän, droppen kan utföra en ren studs, som en höjdhoppare som bara klarar ribban.

Professor Duncan Lockerby från School of Engineering vid University of Warwick kommenterar:

"Dropkollision är en integrerad del av tekniken vi litar på idag, till exempel, i bläckstråleutskrift och förbränningsmotorer. Att bättre förstå vad som händer med kolliderande droppar kan också hjälpa utvecklingen av framväxande teknologier, som 3D-utskrift i metall, eftersom deras noggrannhet och effektivitet i slutändan kommer att bero på vad som händer med droppar efter kollision."

Dr James Sprittles från Mathematics Institute vid University of Warwick tillägger:

"Viktigt, luftkudden är så tunn att molekyler ofta aldrig kommer att möta varandra när de korsar den, liknande tomheten i yttre rymden, och konventionella teorier misslyckas med att redogöra för detta. Den nya modelleringsmetoden vi har utvecklat kommer nu att ha tillämpningar för droppbaserade fenomen, från molnfysik för klimatvetenskap till spraykylning för nästa generations elektronik."