Μια καυτή σταγόνα μπορεί να αναπηδήσει σε ένα κρύο τηγάνι και γιατί είναι σημαντικό!

Όταν μια σταγόνα νερού πέφτει σε ένα καυτό τηγάνι ξεκινά να «χορεύει» στην επιφάνεια ώσπου γίνεται ατμός. Οι ερευνητές, όμως, αναρωτήθηκαν τι θα συμβεί αν κάνουν το αντίθετο: να ρίξουν μια καυτή σταγόνα επάνω σε κρύο τηγάνι. Αυτό που παρατήρησαν θα μπορούσε να αποτελέσει πηγή έμπνευσης για την ανάπτυξη καλύτερων στρατηγικών αντιμετώπισης της εξάπλωσης των πυρκαγιών, αλλά και να βελτιώσουν την απόδοση των κινητήρων.

«Ξεκινήσαμε με ένα πολύ θεμελιώδες ερώτημα: Τι θα συμβεί όταν ένα καυτό σταγονίδιο προσκρούσει σε μια στερεή επιφάνεια», αναφέρει ο επικεφαλής συγγραφέας Pingan Zhu του City University of Hong Kong, Κίνα.

Για να κατανοήσουν καλύτερα πώς η θερμότητα επηρεάζει τη συμπεριφορά των σταγονιδίων, ο Zhu και η ομάδα του χρησιμοποίησαν για το πείραμά τους εξαδεκάνιο, ένα ελαιώδες υγρό με ιδιότητες που μοιάζουν με καύσιμα.

Έριξαν σε θερμοκρασία δωματίου, θερμαινόμενα (120°C) και φλεγόμενα σταγονίδια της ουσίας σε διάφορες επιφάνειες, μερικές από τις οποίες ήταν λείες, γρατζουνισμένες ή υγροαπωθητικές. Το σταγονίδιο σε θερμοκρασία δωματίου κόλλησε σε όλες τις επιφάνειες κατά την επαφή, όπως ανέμενε η ομάδα.Παρόλα αυτά, οι θερμαινόμενες και οι φλεγόμενες αναπήδησαν, γεγονός που υποδηλώνει ότι η θερμότητα ήταν το κλειδί.

Χρησιμοποιώντας κάμερες υψηλής ταχύτητας και θερμικές κάμερες μαζί με μοντέλα υπολογιστών, η ομάδα κατέγραψε τα σταγονίδια σε κίνηση. Ανακάλυψαν ότι καθώς ένα καυτό σταγονίδιο πλησιάζει την επιφάνεια σε θερμοκρασία δωματίου, το κάτω μέρος ψύχεται γρηγορότερα από το πάνω μέρος.

Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας ανακινεί την κυκλοφορία στο εσωτερικό της σταγόνας, όπου το θερμότερο υγρό ρέει από τις άκρες προς τον πυθμένα, παρασύροντας μαζί του τον αέρα. Αυτός ο αέρας σχηματίζει ένα λεπτό, αόρατο μαξιλάρι στο κάτω μέρος της σταγόνας, εμποδίζοντας την επαφή της με την επιφάνεια και επιτρέποντάς της να αναπηδήσει πίσω.

Οι συγγραφείς σημειώνουν ότι ενώ η κατανομή της θερμοκρασίας είναι το κλειδί σε αυτή τη διαδικασία, άλλοι παράγοντες μπορεί επίσης να παίζουν ρόλο.

«Η κατανόηση του γιατί τα καυτά σταγονίδια αναπηδούν δεν είναι μόνο περιέργεια - θα μπορούσε να έχει πραγματικές εφαρμογές», λέει ο Zhu. «Αν τα καυτά σταγονίδια δεν μπορούν να κολλήσουν σε επιφάνειες, δεν θα είναι σε θέση να αναφλέξουν νέα υλικά και να επιτρέψουν την εξάπλωση των πυρκαγιών».

Συνδυάζοντας τη συμπεριφορά αναπήδησης των καυτών σταγονιδίων με επιστρώσεις που απωθούν τα υγρά, η ομάδα διερεύνησε τις πιθανές εφαρμογές αυτών των ευρημάτων. Απέδειξαν ότι τα καυτά σταγονίδια πάνω σε πλαστικές μεμβράνες που απωθούν τα υγρά αιωρούνταν πάνω σε ένα λεπτό μαξιλάρι αέρα, αποτρέποντας την άμεση επαφή.

Αυτή η επίστρωση μείωσε την επιφάνεια επαφής του σταγονιδίου πάνω στην επιφάνεια περισσότερο από τέσσερις φορές σε σύγκριση με το γυμνό πλαστικό, το οποίο παραμορφώθηκε και υπέστη ζημιά από τη φωτιά όταν ήρθε σε επαφή με το φλεγόμενο σταγονίδιο.

Η ομάδα μελέτησε επίσης το φαινόμενο αυτό σε κινητήρες. Διαπίστωσαν ότι όταν τα σταγονίδια καυσίμου προσκολλώνται σε επιφάνειες, καίγονται αναποτελεσματικά, αφήνοντας πίσω τους άκαυστα υπολείμματα και σπαταλώντας ενέργεια. Αλλά σε ένα μοντέλο κινητήρα με μια υγροαπωθητική επίστρωση, τα σταγονίδια σχημάτιζαν σφαιρίδια και καίγονταν πλήρως.

Τα ευρήματα αυτά μπορεί να οδηγήσουν στην ανάπτυξη καλύτερων πυρίμαχων υλικών και πιο αποδοτικούς κινητήρες.

«Η μελέτη μας θα μπορούσε να βοηθήσει στην προστασία εύφλεκτων υλικών, όπως τα υφάσματα, από τα καυτά σταγονίδια»,λέει ο Zhu. «Ο περιορισμός των πυρκαγιών σε μικρότερη περιοχή και η επιβράδυνση της εξάπλωσής τους θα μπορούσε να δώσει στους πυροσβέστες περισσότερο χρόνο για να τις σβήσουν».

*Η κεντρική εικόνα αποτελεί δημιουργία του Imagen 3 για το Techgear.gr

[via]