Kan du hoppe vandballoner ud af en sømleje? Ja, siger ny undersøgelse

En gruppe førsteårsstuderende på Roskilde Universitet, superviseret af Dr. Tina Hecksher, har vist, at vandfyldte balloner opfører sig meget på samme måde som små vanddråber, ved at kaste dem på et sømleje.

Deres arbejde, offentliggjort i dag i European Journal of Physics i samarbejde med professor Julia Yeomans ved Oxford University, var inspireret af en af ​​professor Yeomans' tidligere artikler, der studerede vanddråber, der hopper på hydrofobe overflader mønstret med gitter af submillimeterskala stolper.

Dr. Hecksher sagde:"Vi ønskede at vide, om den såkaldte 'pandekage-bounce'-effekt - hvor dråben løfter sig fra overfladen ved sin maksimale forlængelse - som blev observeret i de mikroskopiske eksperimenter kunne replikeres på en makroskopisk skala.

"Opskalering af eksperimentet gjorde det muligt for os at måle stødkræfterne i pandekagens hoppe, hvilket gav et dybere indblik i dens dynamik. Det giver også et virkelig nyttigt undervisningsværktøj til at demonstrere for eleverne på en meget omkostningseffektiv, ligetil, og iøjnefaldende måde, hvordan disse kræfter virker."

Undersøgelsen sammenlignede virkningen af ​​ballonerne - idet de tog pladsen for vanddråber - lander på en flad overflade og på et sømleje - modellerer submillimeterstolperne. Ved hjælp af store butikskøbte festballoner, et digitalt reflekskamera, der kører med 300 billeder i sekundet for at optage påvirkningen i slowmotion, og en piezoelektrisk sensor under kortet til at logge slagkraften, holdet målte nedslag ved forskellige hastigheder og ballonernes resulterende adfærd.

De fandt, at forløbene for de to påvirkninger oprindeligt var ens. Imidlertid, på neglelejet, ballonen fik faktisk en pandekage til at hoppe:den løftede sig fra sømlejet ved sin maksimale deformation og begyndte at trække sig tilbage i luften i stedet for på overfladen. Dette skyldes, at noget af materialet trænger ind i neglemønsteret, trækker tilbage og - hvis anslagshastigheden er høj nok - løfter ballonen op af sømlejet, før den når at trække sig tilbage.

Dr. Hecksher sagde:"Ballonernes adfærd er overraskende lig den for millimetriske hoppende dråber. Især, pandekagens hoppende effekt blev gengivet og viste den samme reduktion i kontakttid som i det mikroskopiske eksperiment, men med absolutte tidsskalaer længere med en faktor mere end 10. Og overgangen fra normal hoppende til pandekagehopping sker ved sammenlignelige påvirkningsparametre.

"I fremtiden, det ville være interessant at se mere detaljeret på ligheden mellem vanddråber og vandfyldte balloner, ved at overveje et større udvalg af ballondimensioner eller højere Weber-tal, når dråber går i stykker ved hoppe, men balloner kan ikke."