Ein Team britischer Physiker und Mathematiker nutzte einen Supercomputer, um die verborgene Wahrheit darüber aufzudecken, wie Wassertropfen verschmelzen und zusammenkleben.
Wenn Sie jemals beobachtet haben, wie sich Wassertropfen berühren und verschmelzen, haben Sie sich vielleicht zwei kleine Wasserkugeln vorgestellt, die näher und näher zusammenrücken, bis sich ihre Oberflächen überlappen und die Oberflächenspannung die verschiedenen Kugeln zu einem einzigen, rauen Ganzen zusammenzieht. Das ist es, was mit bloßem Auge sichtbar ist. Eine neue Simulation mit einem Supercomputer, die am 13. März in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, zeichnet jedoch ein viel komplizierteres Bild.
Die Simulation modellierte zwei gleich große Tröpfchen reinen Wassers im Weltraum bis auf die Ebene einzelner Wassermoleküle. Als die Tröpfchen näher zusammenrückten, zeigten die Wissenschaftler, dass sich auf den Oberflächen dieser Tröpfchen winzige ultraschnelle Wellen bildeten. Die zufälligen Bewegungen der Wassermoleküle, die als "thermische Schwankungen" bezeichnet werden, ließen die einzelnen Moleküle springen und aufeinander zu tanzen, als sie sich näherten.
Forscher nennen diesen Oberflächenwelligkeitseffekt, der sich aus den thermischen Schwankungen der Moleküle ergibt, "thermische Kapillarwellen". Die Wellen sind in diesem Fall zu klein und zu schnell, als dass ein natürliches Experiment sie erkennen könnte. Die Simulation zeigte jedoch, dass die teensy Wellen sich gegenseitig erreichen und die Vorderkante der sich nähernden Wassertröpfchen bilden. Die Oberflächenspannung der Tröpfchen (die Kohäsionskraft, die die Tröpfchen in ihrer "Tröpfchen" -Form hält) unterdrückt die Wellen, aber sie sind immer noch vorhanden und bilden immer noch die Vorderkante der Tröpfchen, wenn sie sich nähern.
Schließlich fanden die Forscher heraus, dass sich die Wellen berühren und Brücken zwischen den Tröpfchen bilden. Und sobald sich eine einzelne Brücke gebildet hat, funktioniert die Oberflächenspannung und versiegelt mehr Wellen "wie der Reißverschluss einer Jacke", wie die Forscher in einer Erklärung sagten.
Die Forscher simulierten ungefähr 5 Millionen Wassermoleküle und bildeten zwei Tropfen mit einer Breite von ungefähr 4 Millimetern. Die gesamte Verschmelzung ist in wenigen Nanosekunden in diesem Maßstab vorbei - zu schnell, als dass eine menschliche Kamera sie einfangen könnte, schrieben sie.
Obwohl sie zwei im Raum schwebende Tröpfchen simulierten, ist ein ähnlicher Effekt wahrscheinlich, wenn zwei Tröpfchen auf einer ebenen Fläche verschmelzen, schrieben sie. Es sei wichtig, dieses Verhalten zu verstehen, weil es helfen könnte, das Verhalten von Wasser in Wolken und in Maschinen zu erklären, die Wasser aus der Luft kondensieren sollen.
