Вдохновленная большими каплями, которые образуются на кончике листа или другой тонкой нити, группа исследователей из Университета штата Юта, Университета Льежа, Бельгия и Университета Бригама Янга нашла точный угол, под которым изогнутые волокна удерживают наибольшую текучесть. Их результаты были опубликованы 15 марта в журнале Royal Society of Chemistry’s Soft Matter, ведущем журнале, посвященном физике, химии и биологии.
Ведущий исследователь доктор Тэдд Траскотт, создатель лаборатории Splash Lab в УрГУ, говорит, что это исследование дает важное представление о динамике жидкости.«Впервые мы можем определить точный угол изогнутого волокна, которое будет удерживать наибольшую текучесть», — сказал он. «Это исследование имеет множество промышленных приложений, включая производство лекарств или разработку технологий, использующих микрофлюидики.
Это также может быть полезно при разработке более эффективных сетей для сбора тумана, которые становятся все более популярными в засушливых регионах. Или, с другой стороны, это исследование может вдохновить более эффективная конструкция осушителя ".
Траскотт использует аналогию с паутиной, чтобы проиллюстрировать концепцию изогнутых волокон. Капли воды прикрепляются к волокнам полотна в различных местах, но самые крупные капли накапливаются на пересечении волокон, образующих острые углы. Лучший угол для большой капли: 36 градусов.«После экспериментального тестирования мы определили, что изогнутое волокно, образующее угол в 36 градусов, задерживает больше всего воды», — добавил Траскотт. «Это количество в три раза больше, чем можно подвесить на горизонтальном волокне».
Исследователи, в том числе доктор Чжао Пань из УрГУ, доктор Флориан Вейер и доктор Николас Вандевалле из Льежского университета и доктор Уильям Питт из УБЯ, проверили свою теорию изогнутых волокон с помощью специально сконструированного аппарата. Доктора Вейер и Пан построили жесткую круглую раму и протянули нейлоновые волокна от одной стороны рамы к другой. Затем они прикрепили более узкое волокно к центру и потянули исходное горизонтальное волокно вверх, образуя перевернутую букву v. Изменяя места прикрепления волокна, они могли изменить угол, образованный между двумя половинами изогнутого волокна.
Жидкости наносили на угол волокна с помощью микропипетки. Объем капли постепенно увеличивался, пока капля не отделилась от волокна.
Траскотт и его коллеги из Splash Lab использовали высокоскоростную фотографию, чтобы запечатлеть весь процесс. Затем отснятый материал и другие детали были проанализированы и математически смоделированы Чжао Паном из USU с помощью Уильяма Питта из BYU.Исследователи, конечно, не первые, кого вдохновляют капли в природе. Древний поэт Ту Фу (712–770 гг.
Н. Э.) Записал свое наблюдение «тяжелых бусинок и струйки росы». Жюль Ренар сделал подобное наблюдение около 125 лет назад: «Несколько капель росы на паутине — и вот алмазная река».
Траскотт говорит, что исследование капли предлагает связь между наукой и искусством.«Это лучшая часть нашей лаборатории», — сказал он. «Мы ботаники из разных культур, но все мы увлечены литературой и искусством».