Bir pudra şekeri tanesi büyüklüğünde bir sıvı damlacık, plastikler veya belirli bitki yaprakları gibi su temizleme yüzeyine çarptığında, iki kaderden birini karşılayabilir: sopa veya sıçrama. Şimdiye kadar, bilim adamları zıplamanın sadece yüzeyin ne kadar kovucu olduğuna ve damlacıkların etki enerjisini nasıl kaybettiğine bağlı olduğunu düşünüyorlardı. Hız, varsaydılar, önemli değildi.
Şimdi, yayınlanan yeni araştırmalar Ulusal Bilimler Akademisi Bildirilerihızın aslında belirleyici faktör olduğunu ve damlacıkların sadece bir “Goldilocks bölgesi” veya sadece doğru hız aralığında sıçradığını gösterir.
Çalışma ve Ph.D.’nin ilk yazarı Jamie McLauchlan, “Zıplama sadece çok dar bir hız penceresinde olur.” Dedi. Bath Üniversitesi’nde öğrenci.
“Damlacık çok yavaş hareket ederse, yapışır. Çok hızlı ve tekrar yapışır. Sadece aralarında, yüzeyden ayrılmak için yeterli ivme olduğu, ancak üzerine çöktüğü kadar zıplar.”
Araştırmacılar ayrıca bir boyut etkisi keşfettiler: çok küçük damlacıklar hızlarına bakılmaksızın sıçrayamazlar. Çalışma, viskozitenin (sıvının ne kadar kalın olduğunu) temel bir boyut sınırını uyguladığını ve en küçük damlacıkların zıplamasını önlediğini ortaya koydu.
Araştırmak için, bilim adamları, saniyede 1-10 metrede sadece 30-50 mikrometre genişliğinde su temizleme yüzeylerine çarpan damlacıkları yakalamak için yüksek hızlı kameralar kullandılar. Kameralar olayları 100.000 kez yavaşlattı ve detayları bir insan saçından daha ince ortaya çıkaracak kadar yakınlaştırdı ve daha sonra bilgisayar simülasyonlarıyla karşılaştırıldı.
Ayrıca davranışı açıklamak için basit bir bahar benzeri model geliştirdiler. Bir damlacık içinde, aynı anda birçok küçük hareket olur, bu da tam olarak simüle edilemeyecek kadar karmaşık hale gelir. Model, damlacıkları küçük bir yay gibi tedavi eder, anahtar kuvvetleri yakalar – yüzeyin yaklaşması, viskozite (sıvının ne kadar kalın olduğu), yüzey gerilimi ve hız (atalet).
Mükemmel su itici yüzeylerde, damlacıklar herhangi bir hızda sıçrayabilir. Ancak gerçek dünya yüzeylerinde, zıplamak sadece tüm bu güçler hassas bir şekilde dengeli olduğunda olur.
Bath Üniversitesi’nden Dr. Adam Squires, “Böyle karmaşık bir sürecin sadece iki basit denklemle tanımlanabileceği dikkat çekicidir.”
“Birkaç kütle, yay ve küçük bir kural ile birlikte bir damperden oluşan bir sistem, gerçek damlacıkların karmaşık davranışlarından bazılarını yeniden üretebildi.”
Sonuçların geniş uygulamaları vardır. Baskıda, sıçrama için hız penceresini anlamak, su temizleme yüzeylerinde güvenilir mürekkep birikimi sağlamaya yardımcı olur. Tarımda, pestisitlerin yaprakları sıçramasını önlemenin yollarını önerir. Ve sağlıkta, solunum damlacıklarının mobilyalara nasıl yapışabileceğini veya hastalıkların nasıl yayıldığını etkileyerek havada kalmayı ve havada kalabileceğini vurgular.
Cambridge Üniversitesi Cavendish Laboratuvarı’ndan yazılı yazarı olan Doçent Anton Souslov, “Heyecan verici kısım, damlacıkları kontrol etmek için net stratejiler vermesidir.”
“Örneğin, daha fazla hidrofilik kaplama kullanmak, çok çeşitli koşullarda zıplamayı bastırabilir. Bu, doğrudan kaplamalardan aerosol kontrolüne teknolojilere bağlanır.”
Sonraki adımlar olarak, araştırmacılar artık elektrik yükü, kısmen katılar gibi davranan viskoelastik sıvılar ve yüzey aktif cisimleri, sabun gibi yüzey gerilimi azaltan ve biyolojik damlacıklarda yaygın olan diğer faktörlerin damlacık davranışını nasıl etkilediğini araştırmak istiyorlar.
Bu özellikler gerçek sistemlerde yaygındır ve muhtemelen yapışma ve sıçrama arasındaki sınırı kaydırabilir. Ayrıca yeni ve beklenmedik fenomenleri de ortaya çıkarabilirler.
