Tijdens uw volgende wandeling door het bos, kijk eens naar de dauwdruppels die aan de bladeren hangen. Als je vocht ziet op een cipres of jeneverbesboom met hun duidelijke gevorkte bladeren, je zult waarschijnlijk die waterdruppels zien die de regels van de natuurkunde tarten.

Geïnspireerd door de grote druppels die zich vormen op een bladpunt of ander dun filament, een team van onderzoekers van de Utah State University, Universiteit van Luik, België, en Brigham Young University hebben de exacte hoek gevonden waaronder een gebogen vezel de meeste vloeistof vasthoudt. Hun bevindingen werden op 15 maart gepubliceerd in de Royal Society of Chemistry's Zachte materie , een toptijdschrift over natuurkunde, scheikunde en biologie.

Hoofdonderzoeker Dr. Tadd Truscott, maker van het wereldberoemde Splash Lab bij USU, zegt dat de studie belangrijk inzicht biedt op het gebied van vloeistofdynamica.

"Voor de eerste keer, we kunnen de exacte hoek identificeren van een gebogen vezel die de meeste vloeistof vasthoudt, " zei hij. "Dit onderzoek heeft veel industriële toepassingen, waaronder de productie van geneesmiddelen of bij het ontwikkelen van technologieën die microfluïdica gebruiken. Dit kan ook nuttig zijn bij het ontwikkelen van efficiëntere mistopvangnetten die steeds populairder worden in droge gebieden. Of aan de andere kant, dit onderzoek zou kunnen leiden tot een efficiënter ontwerp van een luchtontvochtiger."

Truscott gebruikt de analogie van een spinnenweb om het concept van gebogen vezels te illustreren. Waterdruppels hechten zich op verschillende plaatsen aan de webvezels, maar de grootste druppels hopen zich op op de snijpunten van vezels die scherpe hoeken vormen. De beste hoek voor een grote druppel:36 graden.

"Na experimenteel testen, we hebben vastgesteld dat een gebogen vezel die een hoek van 36 graden vormt, het meeste water vasthoudt, "voegde Truscott toe. "Dat bedrag is drie keer meer dan aan een horizontale vezel kan worden opgehangen."

De onderzoekers, inclusief Dr. Zhao Pan van de USU, Dr. Floriane Weyer en Dr. Nicolas Vandewalle van de Universiteit van Luik en Dr. William Pitt van BYU, testten hun gebogen-vezeltheorie met behulp van een speciaal geconstrueerd apparaat. Drs. Weyer en Pan bouwden een stijf cirkelvormig frame en spanden nylonvezels van de ene kant van het frame naar de andere. Vervolgens bevestigden ze een smallere vezel in het midden en trokken de oorspronkelijke horizontale vezel omhoog, ondersteboven vormen v. Door de vezelbevestigingslocaties te variëren, ze zouden de hoek tussen de twee helften van de gebogen vezel kunnen veranderen.

Vloeistoffen werden met een micropipet op de vezelhoek aangebracht. Het volume van de druppel nam stapsgewijs toe totdat de druppel loskwam van de vezel.

Truscott en zijn collega's van het Splash Lab gebruikten high-speed fotografie om het hele proces vast te leggen. De beelden en andere details werden vervolgens geanalyseerd en wiskundig gemodelleerd door Zhao Pan van de USU met de hulp van William Pitt van de BYU.

De onderzoekers, natuurlijk, zijn niet de eersten die zich laten inspireren door druppeltjes in de natuur. De oude dichter Tu Fu (712 - 770 n. Chr.) legde zijn waarneming vast van 'zware dauwdruppels en druppeltjes'. Jules Renard schreef ongeveer 125 jaar geleden een soortgelijke observatie:"Een paar dauwdruppels op een spinnenweb en hier is een diamanten rivier." Truscott zegt dat de druppelstudie een verband biedt tussen wetenschap en kunst.

"Dat is het beste deel van ons lab, " zei hij. "Wij zijn wetenschapsnerds uit verschillende culturen, maar we zijn allemaal gepassioneerd door literatuur en kunst."