Команда британских физиков и математиков использовала суперкомпьютер, чтобы раскрыть скрытую правду о том, как капли воды сливаются и слипаются.
Если вы когда-либо видели, как капли воды соприкасаются и сливаются, вы могли бы представить, как два маленьких шарика воды все ближе и ближе сближаются, пока их поверхности не перекрываются и поверхностное натяжение не объединяет отдельные шарики в одно грубое целое. Вот что видно невооруженным глазом. Но новая симуляция с использованием суперкомпьютера, опубликованная 13 марта в журнале Physical Review Letters, рисует гораздо более сложную картину.
Моделирование моделировало две капли чистой воды одинакового размера в космосе, вплоть до уровня отдельных молекул воды. По мере того как капли сближались, ученые показали, что на поверхности этих капель образуются крошечные сверхбыстрые волны. Случайные движения молекул воды, называемые «тепловыми колебаниями», заставляли отдельные молекулы прыгать и танцевать навстречу друг другу по мере приближения.
Исследователи называют этот эффект поверхностной волнистости, возникающий в результате тепловых колебаний молекул, «тепловыми капиллярными волнами». В этом случае рябь слишком мала и быстра, чтобы ее можно было обнаружить в любом естественном эксперименте. Но моделирование показало, что подростковые волны достигают друг друга, образуя передний край приближающихся капель воды. Поверхностное натяжение капель (сила сцепления, которая удерживает капли в их форме «капель») подавляет волны, но они все еще присутствуют и все еще образуют передний край капель, когда они находятся рядом друг с другом.
В конце концов, исследователи обнаружили, что волны касаются друг друга, образуя мосты между каплями. И после того, как сформировался один мост, поверхностное натяжение начинает работать, герметизируя больше ряби, «как молния на куртке», как говорится в заявлении исследователей.
Исследователи моделировали около 5 миллионов молекул воды, образуя две капли шириной около 0,16 дюйма (4 миллиметра). Все слияние закончилось за несколько наносекунд в таком масштабе - слишком быстро, чтобы можно было поймать любую человеческую камеру, написали они.
Хотя они моделировали две капли, плавающие в пространстве, аналогичный эффект, вероятно, работает, когда две капли сливаются на плоской поверхности, пишут они. Понимание этого поведения важно, они написали, потому что это может помочь объяснить поведение воды внутри облаков и внутри машин, предназначенных для конденсации воды из воздуха.
