Когда капля воды попадает на раскаленную сковороду, она “танцует” по ее поверхности, скользя на тонком слое пара — этот эффект называется эффектом Лейденфроста. Теперь же исследователи выяснили, что происходит, если горячая капля падает на холодную поверхность. Работа опубликована в журнале Newton.
В новой работе ученые показали, что горячие и горящие капли могут отскакивать от холодных поверхностей, благодаря тонкому слою воздуха, который образуется под ними.
“Мы начали с очень фундаментального вопроса: что произойдет, если горящая капля попадет на твердую поверхность?” — объяснил ведущий автор исследования Пинган Чжу из Городского университета Гонконга.
Чтобы изучить влияние температуры на поведение капель, команда исследователей использовала гександекан — маслянистую жидкость, обладающую свойствами топлива. Ученые сбрасывали капли жидкости разной температуры (комнатной, нагретой до 120°C и горящей) на разные поверхности: гладкие, поцарапанные и покрытые жидкоотталкивающим слоем. Как и ожидалось, капли комнатной температуры прилипали к поверхностям, но нагретые и горящие капли отскакивали, что указывало на ключевую роль температуры.
С помощью высокоскоростных и тепловизионных камер, а также компьютерных моделей, ученые выяснили, что при падении горячей капли ее нижняя часть остывает быстрее, чем верхняя. Эта разница температур создает циркуляцию внутри капли: горячая жидкость движется от краев ко дну, увлекая за собой воздух. В результате под каплей формируется тонкая невидимая воздушная подушка, которая не дает ей коснуться поверхности и заставляет ее отскакивать.
“Понимание того, почему горячие капли отскакивают, важно не только с научной точки зрения. Это знание может помочь в борьбе с пожарами”, — отметил Чжу. — “Если горящие капли не прилипают к поверхностям, они не могут воспламенять новые материалы и способствовать распространению огня”.
Исследователи проверили, можно ли использовать это явление для повышения огнестойкости материалов. Они обнаружили, что если поверхность покрыта жидкоотталкивающей пленкой, горящие капли скользят на тонком слое воздуха и не вступают в контакт с материалом. В результате повреждения от огня снижаются более чем в четыре раза по сравнению с обычным пластиком.
“Наше исследование может помочь защитить легко воспламеняющиеся материалы, такие как текстиль, от горящих капель”, — добавил Чжу. — “Если удастся локализовать огонь и замедлить его распространение, у пожарных будет больше времени, чтобы его потушить”.
Ранее ученые выяснили, как голодание влияет на обучение.