Elastisk Leidenfrost -effekt muliggør bløde motorer

Vanddråber flyder i en varm pande på grund af den såkaldte Leidenfrost-effekt. Nu, fysikere har opdaget en variation:den elastiske Leidenfrost -effekt. Det forklarer, hvorfor hydrogelkugler hopper rundt på en kogeplade, der laver høje lyde. De har offentliggjort resultaterne af deres undersøgelse i Naturfysik .

Det meste af tiden, forskning opstår gennem den gradvise udvikling af videnskaben. Men nogle gange, forskningsprojekter stammer fra en pludselig nysgerrighedsangreb. Fysikeren Scott Waitukaitis (Leiden University / AMOLF) faldt over en YouTube -video af hoppende hydrogelkugler på en kogeplade og var så inspireret, at han besluttede at skrive et NWO Veni -tilskudsforslag for at udforske fænomenet.

Leidenfrost effekt

Dansen af ​​vanddråber i en bradepande er et velkendt fænomen kaldet Leidenfrost-effekten. De varme undersider af dråberne fordamper så hurtigt, at de flyder rundt på en pude af damp. I slående kontrast, hydrogelkugler udviser vedvarende hoppende bevægelse. Hvad mere er, de skriger, mens de hopper. Hvorfor og hvordan gør de dette? Waitukaitis og gruppeleder Martin van Hecke (Leiden University / AMOLF) opdagede, at en ukendt effekt ligger til grund for hopp og skrig:den elastiske Leidenfrost -effekt, som de beskriver i en publikation i Naturfysik .

Elastisk Leidenfrost

Hydrogelkugler er elastiske kugler, der for det meste er (98 procent) vand - der er ingen skal. Når de rører kogepladen, en lille mængde vand fordamper, som det sker med almindelige vanddråber. Ved hjælp af højhastighedsvideografi til at undersøge fordampningsprocessen ved grænsefladen mellem kuglen og den varme overflade, Waitukaitis opdagede, at den frigivne damp interagerer med squishy -sfæren for at skabe hurtige svingninger i tryk og deformation. Den efterfølgende bevægelse injicerer energi i kuglen, fører til en vedvarende studs. "Disse svingninger sker hurtigt, med en frekvens på et par tusinde cyklusser i sekundet, forårsager høje lyde, "siger Waitukaitis.

Blød motor

Dette fænomen kan virke trivielt, men Waitukaitis og kolleger hævder, at det viser et nyttigt koncept frem. "Effektivt, kuglen fungerer som en motor på den måde, at den udnytter energi fra overfladen, "siger han." Hvad er utroligt, imidlertid, er, at alle komponenter i en motor, såsom brændstoffet, stempelmekanismen, og den mekaniske effekt, er indlejret i en enkelt hydrogelkugle. "

I betragtning af at mekanismen eksplicit kræver, at objektet er squishy, forskerne kalder dette en "blød motor". Ideen kan være nyttig på andre områder, såvel. "Man kunne drage fordel af denne idé inden for blød robotik. Du kunne, for eksempel, kør et sæt ledninger gennem armene på en hydrogelrobot og opvarm dem, hvor du vil have bevægelse. "