Hængende i en tråd:Hvorfor bøjede fibre holder mere vand

På din næste spadseretur gennem skoven, tag et kig på dugdråberne, der hænger fra bladene. Hvis du ser fugt på et cypres- eller enebærtræ med deres tydelige todelte blade, du vil sandsynligvis se de vanddråber, der trodser fysikkens regler.

Inspireret af de store dråber, der dannes på en bladspids eller anden tynd filament, et team af forskere fra Utah State University, Universitetet i Liège, Belgien, og Brigham Young University har fundet den nøjagtige vinkel, hvor en bøjet fiber holder mest væske. Deres resultater blev offentliggjort den 15. marts i Royal Society of Chemistry's Blødt stof , et toptidsskrift om fysik, kemi og biologi.

Ledende forsker Dr. Tadd Truscott, skaberen af ​​det verdenskendte Splash Lab på USU, siger, at undersøgelsen giver vigtig indsigt i området for væskedynamik.

"For første gang, vi kan identificere den nøjagtige vinkel på en bøjet fiber, der vil holde mest væske, " sagde han. "Denne forskning har mange industrielle anvendelser, herunder lægemiddelfremstilling eller i udvikling af teknologier, der bruger mikrofluidik. Dette kan også være nyttigt til at udvikle mere effektive tågeopsamlingsnet, som bliver mere populære i tørre områder. Eller på den anden side, denne forskning kunne inspirere til et mere effektivt affugterdesign."

Truscott bruger analogien med et edderkoppespind til at illustrere det bøjede fiberkoncept. Vanddråber klæber til vævsfibrene på forskellige steder, men de største dråber akkumuleres ved skæringspunkterne mellem fibre, der danner spidse vinkler. Den bedste vinkel for en stor dråbe:36 grader.

"Efter eksperimentel test, vi fandt ud af, at en bøjet fiber, der danner en 36-graders vinkel, fanger mest vand, " tilføjede Truscott. "Denne mængde er tre gange mere, end der kan suspenderes på en vandret fiber."

Forskerne, inklusive USU's Dr. Zhao Pan, Dr. Floriane Weyer og Dr. Nicolas Vandewalle fra University of Liège og Dr. William Pitt fra BYU, testet deres bøjede fiber-teori ved hjælp af et specielt konstrueret apparat. Drs. Weyer og Pan byggede en stiv cirkulær ramme og spændte nylonfibre fra den ene side af rammen til den anden. Derefter fastgjorde de en smallere fiber i midten og trak den originale vandrette fiber opad, danner en op og ned v. Ved at variere fiberfastgørelsesplaceringerne, de kunne ændre den vinkel, der dannes mellem de to halvdele af den bøjede fiber.

Væsker blev påført fiberhjørnet ved hjælp af en mikropipette. Dråbens volumen steg trinvist, indtil dråben løsnede sig fra fiberen.

Truscott og hans kolleger på Splash Lab brugte højhastighedsfotografering til at fange hele processen. Optagelserne og andre detaljer blev derefter analyseret og matematisk modelleret af USU's Zhao Pan med hjælp fra William Pitt på BYU.

Forskerne, selvfølgelig, er ikke de første til at blive inspireret af dråber i naturen. Den gamle digter Tu Fu (AD 712 - 770) registrerede sin observation af "tunge dugperler og rislen." Jules Renard skrev en lignende observation for omkring 125 år siden:"Et par dugdråber på et edderkoppespind, og her er en diamantflod." Truscott siger, at dråbestudiet tilbyder en forbindelse mellem videnskab og kunst.

"Det er den bedste del af vores laboratorium, " sagde han. "Vi er videnskabsnørder fra forskellige kulturer, men vi brænder alle for litteratur og kunst."