Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology haben erklärt, warum manchmal ein Flüssigkeitstropfen nicht mit der Oberfläche der darunter liegenden Flüssigkeit verschmilzt. Wenn das Tröpfchen sehr kalt ist und die Flüssigkeit am Boden warm genug ist, "schwebt" das Tröpfchen aufgrund der durch die Temperaturdifferenz verursachten Strömungen. Die Forschungsergebnisse werden in einem Artikel im Journal of Fluid Mechanics vorgestellt.
Studienleiterin Michela Gehry fragte sich, warum der Temperaturunterschied verhindern könnte, dass sich das Tröpfchen mit der Oberfläche der Flüssigkeit vermischt. Sie entwarf eine kleine Schachtel von der Größe einer Espressotasse mit Acrylwänden und einer Metallunterkante, die sie abwechselnd auf eine heiße und kalte Platte stellte. Die Schachtel enthielt eine Schüssel mit Silikonöl, und oben befand sich eine Spritze, durch die Wissenschaftler Silikonöltröpfchen mit der gleichen Viskosität wie in der Schüssel herausdrücken konnten. In jeder Versuchsreihe maß Gehry die Temperatur des herausgedrückten Öltröpfchens und die Temperatur der Oberfläche der Flüssigkeit im Bad. Öle wurden mit unterschiedlichen Viskositäten ausgewählt - von wassernah bis 500-mal viskoser.
Das Zeitintervall zwischen dem aus der Spritze austretenden Tröpfchen und der Zeit, in der es mit der Oberfläche der Flüssigkeit verschmolz, wurde sorgfältig auf einer Kamera aufgezeichnet, die 2000 Bilder pro Sekunde aufzeichnete. In einem Fall konnten die Wissenschaftler zehn Sekunden lang ein Tröpfchen in der Luft schweben lassen, wobei ein Temperaturunterschied von 30 ° C beibehalten wurde. Dies entspricht in etwa dem Unterschied zwischen heißem Kaffee und kalter Milch.
„Wir haben festgestellt, dass das Gewicht des fallenden Tröpfchens und die Umwälzkraft der Luftschicht an einem Punkt ausgeglichen werden können. Um dieses Gleichgewicht zu erreichen, benötigen Sie einen minimalen oder kritischen Temperaturunterschied, damit das Tröpfchen zu schweben beginnt“, erklärt Gehry. Irgendwann erwärmt sich der Tropfen vollständig, seine Temperatur entspricht der Oberflächentemperatur und die Levitation hört auf.
Ein Tropfen Sahne fällt in heißen Kaffee / Massachusetts Institute of Technology
Eine Gruppe von Wissenschaftlern untersuchte dieses Phänomen aus mathematischer Sicht. Berechnungen haben gezeigt, dass die Schwebezeit eines Tropfens mit der Temperaturdifferenz von 2: 3 zusammenhängt. Die Physiker haben Gleichungen angepasst, die das Mischen zweier Flüssigkeiten beschreiben, und simuliert, wie sich der warme Teil der Flüssigkeit im Tröpfchen, der von der darunter liegenden Oberfläche erwärmt wird, verhält. Dies ermöglichte es zu verstehen, wie sich warme Ströme tropfenweise ausbreiten und schließlich alles aufheizen. Wissenschaftler glauben, dass ihre Berechnungen helfen werden, besser zu verstehen, wie sich Chemikalien und biologische Substanzen in Flüssigkeiten mischen und verbreiten, sowie das Verhalten von Tröpfchen unter Bedingungen der Schwerelosigkeit zu verstehen.
