Selbst wenn Physiker große, teure Experimente verwenden, um riesige Gravitationswellen und winzige Hadronen aufzudecken, können sie dennoch Fragen zum Alltäglichen beantworten. Zum Beispiel - Warum prallen kalte Milchtröpfchen vor dem Absinken auf die Oberfläche von heißem Kaffee? Warum huschen winzige Regenkugeln im Regen über die Oberfläche eines Pools?
Ein Forscherteam am Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat erstmals die Kräfte beobachtet und beschrieben, die dazu führen, dass Flüssigkeitstropfen über der Oberfläche größerer Reservoire schweben.
So funktioniert das.
Wenn ein Regentropfen gegen die Oberfläche einer Pfütze stößt, treten nach Ansicht der Forscher Doppelmotoren ein. Durch die Kollision drehen sich winzige Ströme sowohl innerhalb des Tröpfchens als auch unter der Oberfläche der Pfütze. Wenn Sie in das Tröpfchen blicken könnten, würden Sie sehen, wie Wasser an den Rändern des Tropfens nach unten strömt und dann wieder in Richtung Zentrum klettert, so die neue Studie.
Diese sich unter den meisten Umständen unsichtbare Drehbewegung innerhalb des Tröpfchens erzeugt genug Kraft, um an der das Tröpfchen umgebenden Luft zu ziehen. Die Luft formt sich zu einem dünnen, schnellen Windstrom, der unter dem Tropfen fließt und ihn nach den neuen Erkenntnissen eine Haaresbreite über der Oberfläche hält.
Die Forscher fanden jedoch heraus, dass diese Motoren - innerhalb des Tröpfchens und unter der Oberfläche der Flüssigkeit - nicht von selbst drehen. Wärmedifferenzen zwischen einem Tropfen und der Flüssigkeit, auf die er auftrifft, treiben die Rotation und die Levitation an. Sobald sich der Regentropfen auf die Temperatur der Pfütze erwärmt oder abkühlt - ein Prozess, der von den sich drehenden Motoren beschleunigt wird, die zwischen Millisekunden und Sekunden dauern können -, stürzt er durch seinen magischen Luftteppich und verschwindet in der Pfütze, wie die Studie zeigte.
Die MIT-Forscher fanden heraus, wie der minimale Wärmedifferenz für das Schweben in einer bestimmten Flüssigkeit berechnet werden kann. Wenn der Unterschied größer als dieses Minimum ist, schwebt das Tröpfchen länger. Noch kürzer, und der Tropfen schwebt überhaupt nicht.
Durch einige clevere Versuchsanordnungen und die Hilfe von Hochgeschwindigkeitskameras konnten die Forscher einige schöne Videos der Levitationsmotoren in Aktion erstellen. Die Wissenschaftler mischten einige glänzende Titandioxidflocken in Öl und steckten dann einen Tropfen dieses Öls mit einer Spritze auf die Oberfläche eines größeren Pools. Sie beleuchteten den Tropfen mit einer hellen LED, und das Titandioxid leuchtete auf, als es in den aufgewühlten Strömen auf dem Weg der Motoren wirbelte.
Die Autoren veröffentlichten am 8. November im Journal of Fluid Mechanics einen Artikel, der die Entdeckung beschreibt.
