Een groep eerstejaarsstudenten van Roskilde University, onder toezicht van dr. Tina Hecksher, hebben aangetoond dat met water gevulde ballonnen zich op dezelfde manier gedragen als kleine waterdruppeltjes, door ze op een spijkerbed te laten stuiteren.

Hun werk, vandaag gepubliceerd in de European Journal of Physics in samenwerking met Professor Julia Yeomans van de Universiteit van Oxford, werd geïnspireerd door een van de eerdere artikelen van professor Yeomans over het bestuderen van waterdruppels die stuiteren op hydrofobe oppervlakken met een patroon van roosters van palen op submillimeterschaal.

Dr. Hecksher zei:"We wilden weten of het zogenaamde 'pancake bounce'-effect - waarbij de druppel met zijn maximale extensie van het oppervlak opstijgt - dat werd waargenomen in de microscopische experimenten, op macroscopische schaal kon worden gerepliceerd.

"Door het experiment op te schalen, konden we de impactkrachten in de pancake bounce meten, die een dieper inzicht gaven in de dynamiek ervan. Het biedt ook een zeer nuttig leermiddel om aan studenten te demonstreren op een zeer kosteneffectieve, rechtdoorzee, en opvallende manier hoe deze krachten werken."

De studie vergeleek de impact van de ballonnen - die de plaats innemen van waterdruppels - die op een plat oppervlak en op een spijkerbed landen - waarbij de submillimeterpalen werden gemodelleerd. Met behulp van grote in de winkel gekochte feestballonnen, een digitale reflexcamera met 300 frames per seconde om de impact in slow motion vast te leggen, en een piëzo-elektrische sensor onder het bord om de slagkracht te registreren, het team heeft de impact gemeten bij verschillende snelheden en het resulterende gedrag van de ballonnen.

Ze ontdekten dat het verloop van de twee effecten aanvankelijk vergelijkbaar was. Echter, op het spijkerbed, de ballon stuiterde eigenlijk als een pannenkoek:hij tilde het spijkerbed bij zijn maximale vervorming op en begon zich in de lucht terug te trekken in plaats van aan de oppervlakte. Dit komt omdat een deel van het materiaal in het nagelpatroon doordringt, springt terug en - als de botssnelheid hoog genoeg is - tilt de ballon van het spijkerbed voordat hij tijd heeft om zich terug te trekken.

Dr. Hecksher zei:"Het gedrag van de ballonnen is verrassend vergelijkbaar met dat van millimetrische stuiterende druppels. het stuiterende effect van de pannenkoek werd gereproduceerd met dezelfde vermindering van de contacttijd als in het microscopische experiment, maar met absolute tijdschalen die een factor meer dan 10 langer zijn. En de overgang van normaal stuiteren naar pannenkoek stuiteren gebeurt bij vergelijkbare impactparameters.

"In de toekomst, het zou interessant zijn om de overeenkomst tussen waterdruppels en met water gevulde ballonnen in meer detail te bekijken, door een groter bereik van ballonafmetingen of hogere Weber-nummers te overwegen, wanneer druppels breken bij het stuiteren, maar ballonnen niet."