Zelfs in het oude Griekenland, filosoof Aristoteles probeerde alle manieren op te sommen waarop water zich kan gedragen. Nutsvoorzieningen, ongeveer 2, 400 jaar later, twee wetenschappers van het Imperial College London, met behulp van laserflitsfotografie van microscopisch kleine botsingen tussen druppeltjes, hebben ontdekt dat waterdruppels nog steeds vloeibare trucs hebben om te onthullen.

"We hebben een spetterend gedrag vastgesteld dat niemand eerder heeft gezien, " zei Yannis Hardalupas, een van de auteurs van dit nieuwe onderzoek verschijnt deze week in een omslagartikel in het tijdschrift Fysica van vloeistoffen .

Eerder onderzoek heeft voornamelijk gekeken naar botsingen van druppeltjes met vlakke oppervlakken, zoals een muur. Dit leverde een taxonomie op van druppelgedrag, van de "prompt splash" (het equivalent van een lokale "splat") tot de verbluffende "crown splash".

Hardalupas en collega Georgios Charalampous onderzochten het minder bestudeerde geval van een druppel die frontaal in botsing kwam met een vaste stof, bolvormig deeltje. De druppeltjes waren ongeveer een vijfde van een millimeter in diameter, iets breder dan een mensenhaar, en raken deeltjes twee tot tien keer groter.

Hun nanoseconde-snelle digitale snapshots onthulden dat bij de inslag sommige druppeltjes het deeltje in Saturn-achtige ringen omarmden, of "kronen, " en ging toen intact verder naar het andere uiteinde van het deeltje.

"Wat van cruciaal belang is, is dat de kroon coherent blijft; hij breekt niet zoals je zou verwachten. De kroon hangt samen totdat hij aan de achterkant van het deeltje komt, Charalampous zei over wat ze een "viaduct"-botsing hebben genoemd. "Voor dezelfde druppelgrootte en dezelfde deeltjesgrootte, als de botsing met dezelfde snelheid plaatsvindt, het gedraagt ​​zich altijd op dezelfde manier."

De onderzoekers legden het nieuwe druppelgedrag vast met behulp van een hightech fotoshoot. Dit betrof het equivalent van een microkraan van gedestilleerd water die trillingen gebruikte om met een vaste snelheid en druppelgrootte te druppelen. De druppeltjes vielen op een perfect uitgelijnd klein glasdeeltje bovenop een stalen naald. De botsingsdynamiek werd vastgelegd in stilstaande beelden met behulp van een op een microscoop gemonteerde camera en een laser-geïnduceerde fluorescentieflits met belichtingen van enkele miljardsten van een seconde.

"We konden het afknijpen niet waarnemen vanwege de ondersteunende naald, maar we verwachten dat aan het einde de druppel zou afknijpen en zich opnieuw zou vormen omdat hij snel genoeg beweegt om dat te doen, ' zei Hardalupas.

Het gedrag van de viaductdruppels vindt plaats op een "sweet spot" bij botsingen met de kleinere deeltjes waarbij de kroon lang genoeg bij elkaar blijft voordat instabiliteiten tijd hebben om zich te ontwikkelen en uit elkaar te scheuren, volgens Charalampous.

De vloeistofdynamica van botsingen tussen druppeltjes en deeltjes is van cruciaal belang voor industrieel sproeidrogen, waarbij een slurry wordt verneveld tot druppeltjes die worden gedroogd om een ​​poeder te produceren met korrels van standaardgrootte. In dit onderzoek, de grootte en snelheid van de gebruikte druppeltjes leek op de druppelgrootte van een verstuiver, een grootte die kenmerkend is voor deeltjes wasmiddel of oploskoffie.

Bij een viaductbotsing, zeggen de onderzoekers, het kritieke aspect is dat een deel van de vloeistof, en de inhoud ervan, blijft op het deeltje om het te coaten en te vergroten, informatie die kan leiden tot efficiënter sproeidrogen.

"We hebben een reeks bedrijfsomstandigheden geïdentificeerd, waaronder de snelheid en diameter van de druppeltjes, waardoor u een betere vloeibare afzetting op het oppervlak krijgt, en dit geeft richtlijnen voor de beste manier om sproeidrogers te bedienen, ' zei Hardalupas.