Исследователи проанализировали, как сливаются капли в космосе, где гравитационные силы действуют слабее. Эксперименты, зафиксированные на видео, проводились на Международной космической станции, передает EurekAlert!. Результаты наблюдений опубликованы в журнале Physics of Fluids.
Капли обычно выглядят как маленькие сферические «шапочки» из воды, потому что сила их поверхностного натяжения превышает гравитационное воздействие, силу тяжести. Поверхностное натяжение возникает за счет того, что сила притяжения между молекулами на поверхности воды, направленная внутрь капли, стремится удержать объем всего содержимого (как будто пленка).
Когда же капля становится намного больше, она начинает терять свою сферическую форму и растекается. «Если мы хотим анализировать капли на Земле, нам нужно делать это в очень малых масштабах», — сказал автор Джош МакКрейни из Корнельского университета. Но в малых масштабах капли слишком быстро распадаются. В космосе же они могут дольше сохранять сферическую форму (за счет того, что гравитация действует слабее) – от пары миллиметров до двух сантиметров в диаметре.
Поэтому ученые решили наблюдать капли на МКС. Она отправили на станцию четыре разные поверхности различной шероховатости, где они были закрепили на лабораторном столе. Астронавты НАСА помещали одну каплю желаемого размера в центральное место на поверхности. Капля находится рядом, не касаясь, с небольшим отверстием, просверленным в поверхности. Затем астронавт добавлял воду в отверстие – пока эта новая капля не сливалась с первой каплей в центре. Камеры записывали на видео, как капли разрастаются, а затем сливаются.
Эксперименты проверяли модель Дэвиса-Хокинга, простого способа имитации капель. Если капля воды находится на поверхности, часть ее касается воздуха и создает границу раздела, а часть, соприкасающаяся с поверхностью, образует край или линию контакта. Модель Дэвиса-Хокинга описывает уравнение для линии контакта. Экспериментальные результаты на МКС подтвердили и расширили пространство параметров модели Дэвиса-Хокинга.
Понимание того, как капли воды распространяются и сливаются, необходимо, например, в области производства аэрокосмической техники и в оценке адгезии клеток на микроуровне.
[Фото: JOSH MCCRANEY]
