Капли жидкости могут подпрыгивать на твердой поверхности бесконечно долго

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) обнаружили, что капля жидкости может подпрыгивать на вибрирующей твердой поверхности в течение нескольких минут, а возможно, и бесконечно долго. Это открытие имеет важные последствия для физики и химии.

Схема экспериментальной установки. Автор: 2025 EMSI LFMI EPFL CC BY SA

Ученые провели эксперимент, выпуская 1,6-миллиметровую каплю силиконового масла над твердой поверхностью из слюды — специального материала с атомарно гладкой поверхностью. Под поверхностью находилась платформа, создающая контролируемые вибрации.

«Если мы заменим мяч жидкой каплей, мы обнаружим, что она может бесконечно подпрыгивать над тонким слоем воздуха на вибрирующей "ракетке"», — объясняет аспирант Лебо Молефе, первый автор исследования.

Играя с частотой и амплитудой вибраций, исследователи получили два различных поведения капли: одни частоты заставляли каплю подпрыгивать как баскетбольный мяч, а другие — быстро колебаться вверх-вниз, никогда не отрываясь от воздушной подушки над слюдой.

«Наши численные моделирования показывают, что капля может сохранять достаточно кинетической энергии для подпрыгивания в течение длительного периода, и возможно, бесконечно», — заявил исследователь Томас Фульяна.

Переход между этими двумя состояниями связан с тем, как поверхность капли выгибается и деформируется при взаимодействии с твердой поверхностью. Для «отталкивания» от поверхности капле требуется достаточно времени, чтобы сначала расплющиться, после чего поверхностное натяжение заставляет ее запасать энергию как сжатая пружина.

Исследователи отмечают, что время парения капли ограничено только ее боковым перемещением по поверхности слюды — в конечном счете она сталкивается с дефектом, который разрывает воздушную пленку под ней.

Эти открытия могут изменить подход к работе с чрезвычайно малыми количествами жидкостей в воздухе при комнатной температуре, что особенно важно в фармацевтической промышленности, где чистота и точность имеют первостепенное значение. В доказательство концепции команда EPFL успешно контролировала боковое движение подпрыгивающей капли с помощью «пинцетов» из крошечных струй сжатого воздуха.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.