Waterdruppels drijven in een hete pan vanwege het zogenaamde Leidenfrost-effect. Nutsvoorzieningen, natuurkundigen hebben een variant ontdekt:het elastische Leidenfrost-effect. Het verklaart waarom hydrogelballen op een hete plaat rondspringen en hoge tonen maken. Ze hebben de resultaten van hun onderzoek gepubliceerd in Natuurfysica .

Meestal, onderzoek ontstaat door de geleidelijke vooruitgang van de wetenschap. Maar soms, onderzoeksprojecten komen voort uit een plotselinge nieuwsgierigheid. Natuurkundige Scott Waitukaitis (Universiteit Leiden / AMOLF) stuitte op een YouTube-video van stuiterende hydrogelballen op een hete plaat en was zo geïnspireerd dat hij besloot een NWO Veni-subsidievoorstel te schrijven om het fenomeen te verkennen.

Leidenfrost-effect

De dans van waterdruppels in een koekenpan is een bekend fenomeen dat het Leidenfrost-effect wordt genoemd. De warme onderkanten van de druppeltjes verdampen zo snel dat ze op een dampkussen rondzweven. In opvallend contrast, hydrogelballen vertonen een aanhoudende stuiterende beweging. Bovendien, ze schreeuwen terwijl ze stuiteren. Waarom en hoe doen ze dit? Waitukaitis en groepsleider Martin van Hecke (Universiteit Leiden / AMOLF) ontdekten dat een onbekend effect aan het stuiteren en schreeuwen ten grondslag ligt:​​het elastische Leidenfrost-effect, die ze beschrijven in een publicatie in Natuurfysica .

Elastisch Leidenfrost

Hydrogelballen zijn elastische bollen die meestal (98 procent) uit water bestaan ​​- er is geen schaal. Als ze de kookplaat aanraken, een kleine hoeveelheid water verdampt, zoals gebeurt met gewone waterdruppels. Met behulp van high-speed videografie om het verdampingsproces op het grensvlak tussen de bol en het hete oppervlak nauwkeurig te onderzoeken, Waitukaitis ontdekte dat de vrijgekomen damp interageert met de squishy bol om snelle oscillaties in druk en vervorming te creëren. De beweging die volgt, injecteert energie in de bol, wat leidt tot een aanhoudende stuitering. "Deze oscillaties gebeuren snel, met een frequentie van enkele duizenden cycli per seconde, waardoor de hoge tonen, ', zegt Waitukaitis.

Zachte motor

Dit fenomeen lijkt misschien triviaal, maar Waitukaitis en collega's beweren dat het een nuttig concept aan het licht brengt. "Effectief, de bol werkt als een motor in de manier waarop hij energie van het oppervlak gebruikt, "zegt hij. "Wat ongelooflijk is, echter, is dat alle onderdelen van een motor, zoals de brandstof, het zuigermechanisme, en de mechanische output, zijn ingebed in een enkele hydrogelbal."

Aangezien het mechanisme expliciet vereist dat het object zacht is, de onderzoekers noemen dit een 'zachte motor'. Het idee kan nuttig zijn op andere gebieden, ook. "Je zou kunnen profiteren van dit idee in zachte robotica. Je zou, bijvoorbeeld, voer een set draden door de armen van een hydrogelrobot en verwarm ze waar je beweging wilt."