Феномен непрерывного танца: капля кремниевого масла бросает вызов поверхностному натяжению

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), работающие в Лаборатории инженерной механики мягких интерфейсов, совершили значительный прорыв в изучении динамики жидкостей. Они экспериментально продемонстрировали, как капля кремниевого масла размером 1,6 миллиметра способна поддерживать отскок от вибрирующей твердой поверхности в течение пяти минут, а возможно, и дольше. Этот эксперимент, проведенный при комнатной температуре, расширяет существующие представления о взаимодействии жидкостей с твердыми телами.

Ключевое отличие данного достижения от предыдущих наблюдений, где длительный отскок требовал вибрирующей жидкой ванны, заключается в использовании в качестве опоры твердой пластины из атомарно гладкой слюды. Ученые установили, что поведение капли — будь то ритмичный отскок, напоминающий баскетбольный мяч, или быстрое скольжение на воздушной подушке — полностью регулируется настройками частоты и амплитуды вибрации. Команда разработала сопряженную линейную пружинную модель, которая предсказывает траектории отскока, основываясь на деформации самой капли, что придает открытию научную обоснованность. Результаты этого исследования были опубликованы в авторитетном журнале «Physical Review Letters».

Этот эффект является кинетическим аналогом эффекта Лейденфроста, где пар создает подушку под каплей на горячей поверхности, однако здесь кинетические силы, вызванные вибрацией твердой подложки, стабилизируют макроскопическое явление на поразительно долгий срок. В одном из зафиксированных сценариев, при возбуждении второго сферического гармонического мода, капля переходит в «связанное состояние», где ее движение фиксируется над тонким слоем воздуха. Это подчеркивает, что внутренняя структура и способность жидкости к самодеформации являются ключевыми факторами в поддержании этого управляемого «танца».

Практическая ценность открытия неоспорима, особенно для отраслей, требующих высочайшей точности, таких как фармацевтическая индустрия. Возможность манипулировать ничтожными объемами жидкости в воздушной среде без риска загрязнения или испарения открывает новые пути для разработки технологий микродозирования. В качестве доказательства применимости, исследователи EPFL уже успешно осуществили боковое управление движением капли, используя «пинцеты» из крошечных струй сжатого воздуха, что демонстрирует возможность активного направления этих микроскопических процессов.