Des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont expliqué pourquoi parfois une gouttelette de liquide ne fusionne pas avec la surface du liquide en dessous. Si la gouttelette est très froide et que le liquide au fond est suffisamment chaud, la gouttelette «lévitera» en raison des écoulements provoqués par la différence de température. Les résultats de la recherche sont présentés dans un article du Journal of Fluid Mechanics.
La responsable de l'étude, Michela Gehry, s'est demandé pourquoi la différence de température pouvait empêcher la gouttelette de se mélanger à la surface du liquide. Elle a conçu une petite boîte, de la taille d'une tasse à expresso, avec des parois en acrylique et un bord inférieur en métal, qu'elle a placé à tour de rôle sur une grille chaude et froide. La boîte contenait un bol d'huile de silicone, et en haut se trouvait une seringue à travers laquelle les scientifiques pouvaient presser des gouttelettes d'huile de silicone avec la même viscosité que dans le bol. Dans chaque série d'expériences, Gehry a mesuré la température de la gouttelette d'huile pressée et la température de la surface du liquide dans le bain. Les huiles ont été sélectionnées avec différentes viscosités - de près de l'eau à 500 fois plus visqueuses.
L'intervalle de temps entre la gouttelette sortant de la seringue et le moment où elle a fusionné avec la surface du liquide a été soigneusement enregistré sur une caméra filmant 2000 images par seconde. Dans un cas, les scientifiques ont pu faire planer une goutte dans l'air pendant dix secondes, maintenant une différence de température de 30 ° C. C'est à peu près égal à la différence entre le café chaud et le lait froid qui y est ajouté.
«Nous avons constaté que le poids de la gouttelette tombant et la force de recirculation de la couche d'air peuvent être équilibrés en un point, et pour atteindre cet équilibre, vous avez besoin d'une différence de température minimale ou critique pour que la gouttelette commence à léviter», explique Gehry. À un moment donné, la goutte se réchauffe complètement, sa température devient égale à la température de surface et la lévitation s'arrête.
Une goutte de crème tombe dans un café chaud / Massachusetts Institute of Technology
Un groupe de scientifiques a étudié ce phénomène d'un point de vue mathématique. Les calculs ont montré que le temps de lévitation d'une goutte est lié à la différence de température de 2: 3. Les physiciens ont adapté des équations décrivant le mélange de deux liquides et simulé le comportement de la partie chaude du liquide à l'intérieur de la gouttelette, qui est chauffée depuis la surface en dessous. Cela a permis de comprendre comment les courants chauds se propagent goutte à goutte, finissant par réchauffer le tout. Les scientifiques estiment que leurs calculs aideront à mieux comprendre comment les produits chimiques et les substances biologiques se mélangent et se propagent dans les liquides, ainsi qu'à comprendre le comportement des gouttelettes dans des conditions de gravité zéro.
