Ученые использовали сверхскоростные камеры, чтобы запечатлеть момент, когда капли жидкости соединяются вместе, обеспечивая уникальное, сверхъестественное представление о динамике жидкости, которую не уловить человеческим глазом
Используя экспериментальную установку, включающую две синхронизированные высокоскоростные камеры - одну, снимающую сбоку, а другую, смотрящую вверх (благодаря зеркалу под стеклянным предметным стеклом), исследователи смогли изучить взаимодействие двух отдельных капель, как окрашенный в синий цвет ударный элемент, связывается с прозрачной каплей, лежащей на поверхности стекла.
«В прошлом было непонятно, смешались ли они или одна капля просто перешла через другую», - говорит исследователь механики жидкости Альфонсо Кастрехон-Пита из Оксфордского университета.
«Наличие двух камер для записи взаимодействия капель с разных точек зрения отвечает на этот вопрос».
На отснятом материале вы можете видеть, как голубая капля проходит поверх прозрачной капли, как одеяло, создавая поверхностную струю, которая образуется менее чем за 15 миллисекунд (15 тысячных секунды). ) после объединения пары.
Изображение, записанное с камеры сбоку, показывает, что голубая капля находится сверху прозрачной капли, а поверхностное натяжение предотвращает смешивание.
«Учитывая достаточное боковое расстояние между каплями с одинаковым поверхностным натяжением, надежная поверхностная струя идентифицируется сверху слитой капли», - объясняет исследовательская группа во главе с первым автором Томасом С. Сайксом из Университета Лидса.
«Обработка изображений показывает, что эта струя является результатом поверхностного потока, вызванного ударной инерцией и неподвижной линией контакта».
Но две капли не всегда становятся одной каплей одинаково. Поверхностная струя, создаваемая в этом виде события, может быть усилена или даже подавлена в зависимости от манипуляций с поверхностным натяжением. Это пример явления, называемого эффектом Марангони, который влияет на массообмен вдоль границы раздела между двумя жидкостями.
Помимо приятного наблюдения, понимание динамики жидкости в действии, может привести к новым достижениям в области 3D-печати, помогая нам узнать, как будут реагировать глобулярные химические вещества, когда они падают рядом при печати.
Конечно, понадобилась довольно качественная камера, чтобы запечатлеть минуту, когда это происходит, - это стало возможным благодаря камерам, работающим со скоростью до 25 000 кадров в секунду.
«Разработанные методы визуализации открыли новое окно в технологии капель», - объясняет инженер-механик Марк Уилсон из Университета Лидса.
«Мы смогли обнажить внутренние потоки, получив изображения с достаточной скоростью, чтобы зафиксировать быструю динамику».
Результаты представлены в Physical Review Fluids.
