Сьюзан Дэниел, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии, возглавила исследование, которое будет опубликовано в Physical Review E 9 августа. Первый автор Чун-Ти Чанг, аспирант Корнельского университета, спроектировал и провел эксперименты, которые включали в себя высокоэффективные эксперименты. скорость, камера высокого разрешения. Пол Стин, профессор химической и биомолекулярной инженерии, и его бывший ученик Джош Боствик руководили теоретической частью исследования.«Что действительно особенного в этом исследовании, так это то, что мы смогли получить высококачественные изображения этих колеблющихся капель», — сказал Дэниел. «Мы создали платформу для визуализации, на которой мы могли смотреть на каплю сверху, чтобы мы могли видеть характерные формы лучше, чем кто-либо прежде».
Платформа визуализации, которую Чанг назвал «Omniview» из-за разных углов, под которыми можно наблюдать каплю, состоит из предметного стекла, капли, расположенной сверху, и металлической сетки размером 50 микрон, похожей на окно. экран внизу. Свет проходит через отверстия сетки, и отклонение поверхности капли преломляет свет, что рассматривается как деформация сетки и фиксируется высокоскоростной камерой.Исследователи механически колебали капли с различной частотой, наблюдали и записывали их движения.
Колебание можно сравнить с тем, как щипать струну скрипки; определенные собственные частоты соответствуют заданной длине струны, точно так же, как определенные частоты соответствуют форме капли определенного размера.Исследователи создали подробную таблицу форм капель в зависимости от частоты, а также сравнили эти результаты с предыдущими теоретическими предсказаниями, касающимися динамики колеблющихся капель.
Классические теории не отражают динамику полностью, но новые прогнозы, сделанные сотрудниками Стин и Боствик, учитывают физический эффект твердой подложки, контактирующей с каплей, и соответствуют изображениям в фотоальбоме.Исследователи также заметили, что некоторые из капель принимают несколько форм при вибрации с одной движущей частотой — сродни физикам, наблюдающим одновременно два разных энергетических состояния в возбужденной молекуле.
«Без высокоскоростной визуализации мы не смогли бы увидеть капли, демонстрирующие такое смешанное поведение», — сказал Дэниел.По словам Дэниела, подробная и четкая таблица режимов колеблющейся капли должна дать представление о дальнейших фундаментальных исследованиях, а также о множестве приложений. Например, НАСА заинтересовано в понимании того, как капли на поверхности движутся в условиях низкой гравитации.
А при печати с высоким разрешением распространение капли при прикосновении к поверхности будет определять разрешение изображения. Химический состав поверхности валика, принтера и чернил окажет огромное влияние на технологию.Больше изображений и анимаций: https://cornell.app.box.com/droplets