Bij het doen van zijn due diligence, het schoonmaken van zijn laboratoriumapparatuur, vloeistoffysicus Stoffel Janssens van de Mathematical Soft Matter Unit van het Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Okinawa, Japan, merkte de ongebruikelijke interactie op tussen de water- en acetondruppels die over het wateroppervlak dreven terwijl de druppels hun weg naar de afvoer vonden.

“Ik merkte dat soms, druppeltjes zweven kort boven het oppervlak van een vloeistof voordat ze samenvloeien met de vloeistof, Janssens zei. "Geïntrigeerd door dit fenomeen, Ik heb literatuuronderzoek gedaan waaruit ik concludeerde dat een dun laagje gas tussen een druppel en een vloeistofoppervlak samensmelting kan voorkomen."

Met andere woorden, wat Janssens opmerkte was dat de acetondruppels zich niet met het water vermengden vanwege hun eigen vorm van het Leidenfrost-effect, vaker waargenomen in waterdruppels op vaste hete oppervlakken. In het geval van water, de druppeltjes drijven op een stoomlaag gevormd waar ze het hete oppervlak ontmoeten. Janssens en collega's van OIST en het National Institute for Materials Science, zowel in Japan, bestudeerde de vloeistofdynamica van deze interactie, en van de gemeenschappelijke zelfaandrijving van het Leidenfrost-effect (dat zijn eigen naam heeft, Marangoni-effect) om meer te weten te komen over de onderliggende mechanica. Hun verrassende resultaten verschijnen deze week in het tijdschrift Fysica van vloeistoffen .

Normaal gesproken, aceton (het hoofdbestanddeel in de meeste nagellakremovers) en water zijn mengbaar, inhoudende dat, in tegenstelling tot olie en water, ze vermengen zich met elkaar en scheiden of vormen geen druppeltjes wanneer ze worden gemengd.

"Aceton heeft een kookpunt van 56 C, ver onder die van water, en verdampt daarom sterk wanneer het een heet wateroppervlak nadert, " zei Janssens. "Ik veronderstelde dat sterke verdamping een gaslaag zou kunnen creëren tussen een acetondruppel en een wateroppervlak om samensmelting te onderdrukken."

Janssens en zijn co-auteurs gebruikten high-speed videografie om de dynamiek van druppeltjes bij kamertemperatuur en hun onderliggende mechanismen te bestuderen, nauwkeurig kijken naar variabelen zoals druppelgrootte en snelheid van zelfrijdende druppels. Toen ze dat deden, ze ontdekten onverwacht gedrag.

"Na het analyseren van films die zijn verkregen met high-speed camerabeelden, Ik merkte ook dat een zelfrijdende druppel geleidelijk onder het ongestoorde wateroppervlak terechtkomt, Janssens zei. "Deze onderdompeling begint wanneer een druppel een horizontale snelheid heeft van ongeveer 14 cm/s. Eindelijk, na zorgvuldig meten van de verplaatsing van verschillende druppels, we concludeerden dat onderdompeling slepen veroorzaakt."

Ze ontdekten dat de acetondruppels zichzelf over het wateroppervlak zouden voortstuwen tot ze een snelheid bereikten die hen onder het oppervlak zou trekken. nog in druppelvorm, waar ze vervolgens weerstand ondervinden van het omringende water.

"Dit soort slepen door onderdompeling is, voor zover wij weten, niet beschreven in de literatuur en het is belangrijk om rekening mee te houden bij het meten van weerstand op kleine objecten die worden ondersteund door een vloeibaar-gasinterface, " zei Janssens. "Bovendien, waterlopende wezens zoals schaatsenrijders, waterspinnen, en kortschildkevers kunnen sleep door onderdompeling gebruiken voor voortbeweging."

Nog vreemder, ze ontdekten dat tot het punt waarop de druppel onder het oppervlak gaat, hoe sneller het beweegt, hoe sneller het versnelt.

"We hebben waargenomen dat een druppel sneller versnelt met toenemende horizontale snelheid tot het punt dat onderdompeling optreedt, "Zei Janssens. "Dit aanvankelijke op hol geslagen effect zou interessant kunnen zijn voor toekomstig onderzoek waarbij zelfaandrijving wordt aangedreven door een Marangoni-effect."

Door hun gegevens te vergelijken met theoretische modellen, Janssens en zijn collega's ontwikkelden een strategie om de dikte van de ondersteunende damplaag van druppeltjes te schatten. Echter, er is nog veel meer te begrijpen over het ongebruikelijke systeem en het team van Janssens werkt hier nog hard aan.

"Omdat er veel verschijnselen in dit werk zijn die slecht worden begrepen, er is veel werk aan de winkel, " zei Janssens. "Ik heb gecontroleerde experimenten ontworpen om ons begrip van niet-coalescentie te verdiepen."