Группа физиков из Института исследования полимеров Общества Макса и Дармштадтского технического университета установила, что ни капиллярные, ни вязкоупругие силы не могут объяснить различия в скорости, с которой капли движутся по разным поверхностям. Как отмечают ученые, вопросы вызывал, в частности, тот факт, что капли стекают с разной скоростью по нескольким подложкам — даже если эти подложки имеют идентичное покрытие поверхности.
Для объяснения отклонения траектории фактического движения капли от расчётной физики ввели дополнительную силу. Авторы работы организовали своеобразную «гонку». Они снимали большое количество капель, движущихся по разным поверхностям. Для каждого движения исследователи определяли профили скорости и ускорения, рассчитывали силы, которые уже были известны, чтобы определить дополнительную силу.
Анализ показал, что значение этой новой силы соответствовало электростатическому взаимодействию, которое исследователи впервые описали в модели несколько лет назад.
«Сравнивая экспериментальные результаты с этой численной моделью, мы можем объяснить ранее запутанные траектории капель», — говорит Стефан Вебер, один из участников исследования.
Как отмечают ученые, если ранее нейтральные капли скользят по изолятору, они могут стать электрически заряженными. С другой стороны, на электропроводящей поверхности капля немедленно отдает свой заряд обратно на подложку.
«Поэтому большое влияние на движение оказывает электростатическая сила, которую никто ранее не учитывал: ее необходимо принимать во внимание для воды, водных электролитов и этиленгликоля на всех испытанных гидрофобных поверхностях», — добавляет Вебер.
По слова физиков, результаты исследования помогут улучшить контроль за движением капель во многих прикладных приложениях, в том числе в печати, микрофлюидике и даже в выработке электроэнергии с помощью капельных мини-генераторов.
Читать далее:
В MIT создали неподвижный тепловой двигатель, который превзошел КПД турбин
Спустя десять лет работы ученые усомнились в стандартной модели физики