Hvorfor vand sprøjter - ny teori afslører hemmeligheder

Ny forskning fra University of Warwick genererer frisk indsigt i, hvordan en regndråbe eller spildt kaffe sprøjter.

Dr. James Sprittles fra Mathematics Institute har skabt en ny teori for at forklare præcis, hvad der sker - i det lille mellemrum mellem en dråbe vand og en overflade - for at forårsage et stænk.

Når en dråbe vand falder, det forhindres i at sprede sig jævnt over en overflade af et mikroskopisk tyndt lag luft, som det ikke kan skubbe til side - så i stedet for at fugte overfladen, dele af væsken flyver af, og der genereres et stænk.

Et luftlag på 1 mikron i størrelse - halvtreds gange mindre end bredden af ​​et menneskehår - kan blokere en 1 mm dråbe vand, som er tusind gange større.

Dette kan sammenlignes med et 1 cm lag luft, der stopper en tsunamibølge, der spreder sig over en strand.

Dr. Sprittles har fastslået præcis, hvad der sker med dette minimale luftlag under den superhurtige handling ved at udvikle en ny teori, indfange dens mikroskopiske dynamik – med hensyn til forskellige fysiske forhold, såsom væskeviskositet og lufttryk, at forudsige, om der vil forekomme stænk eller ej.

Jo lavere lufttrykket er, jo lettere kan luften slippe ud af det sammenklemte lag – hvilket giver mindre modstand mod vanddråben – hvilket muliggør undertrykkelse af stænk. Dette er grunden til, at dråber er mindre tilbøjelige til at sprøjte på toppen af ​​bjerge, hvor lufttrykket reduceres.

At forstå de forhold, der forårsager sprøjt, gør det muligt for forskerne at finde ud af, hvordan de kan forhindre det - hvilket fører til potentielle gennembrud på forskellige områder.

I 3D-print, flydende dråber kan danne byggesten i skræddersyede produkter såsom høreapparater; at stoppe sprøjt er nøglen til at lave produkter af den ønskede kvalitet.

Sprøjt er også en afgørende del af retsmedicin - uanset om bloddråber har sprøjtet eller ej giver indsigt i, hvor de kom fra, som kan være vital information i en kriminel efterforskning.

Dr Sprittles kommenterer:

"Du ville aldrig forvente, at en tilsyneladende simpel hverdagshændelse udviser en sådan kompleksitet. Luftlagets bredde er så lille, at den svarer til den afstand, luftmolekyler rejser mellem kollisioner, så traditionelle modeller er unøjagtige og en mikroskopisk teori er påkrævet.

"Mest lovende, den nye teori bør have anvendelse på en lang række relaterede fænomener, såsom i klimavidenskab – for at forstå, hvordan vanddråber støder sammen under dannelsen af ​​skyer eller for at vurdere mængden af ​​gas, der trækkes ind i vores oceaner af nedbør."