Des séquences vidéo incroyables révèlent le moment où deux gouttelettes séparées se fondent en une seule

Des séquences vidéo incroyables révèlent le moment où deux gouttelettes séparées se fondent en une seule

 

Les scientifiques ont utilisé des caméras ultra-rapides pour capturer le moment où les gouttelettes de liquide se combinent, offrant un aperçu unique et surnaturel de la dynamique des fluides que l’œil humain ne peut pas observer seul.

 

En utilisant une configuration expérimentale impliquant deux caméras synchronisées à grande vitesse – une prise de vue latérale et l’autre regardant vers le haut (gracieuseté d’un miroir incliné sous une lame de verre) – les chercheurs ont pu étudier l’interaction de deux gouttelettes distinctes, comme un impacteur bleu teinté relié à une gouttelette transparente reposant toujours sur la surface du verre.

010 droplet 700 (Université de Leeds)

“Dans le passé, il y a eu des cas où deux gouttelettes ont un impact et vous vous êtes posé des questions si elles se sont mélangées ou si une gouttelette vient de passer par-dessus l’autre “, dit le chercheur en mécanique des fluides Alfonso Castrejón-Pita de l’Université d’Oxford.

“Le fait d’avoir deux caméras enregistrant l’interaction des gouttelettes de différents points de vue répond à cette question.”

010 droplet apparatus diagram (Sykes et al., Physical Review Fluids, 2020)

Dans les images capturées, vous pouvez voir la gouttelette bleue – dégoulinant d’une pompe suspendue au-dessus du toboggan – passer au-dessus de la gouttelette transparente comme une couverture, créant un jet de surface qui se forme en moins de 15 millisecondes (15 millièmes de seconde) après la fusion de la paire.

010 droplet 700 (Université de Leeds)

L’image enregistrée sur l’appareil photo latéral montre que la gouttelette bleue est assise sur le dessus de la gouttelette transparente, avec une tension superficielle empêchant le mélange de se produire.

“Étant donné une séparation latérale suffisante entre des gouttelettes de tension de surface identique, un jet de surface robuste est identifié au-dessus de la gouttelette coalescée”, l’équipe de recherche, dirigée par le premier auteur Thomas C. Sykes de l’Université de Leeds, explique dans leur étude .

“Le traitement d’image montre que ce jet est le résultat d’un écoulement de surface provoqué par l’inertie d’impact et une ligne de contact immobile.”

Mais deux gouttelettes ne deviennent pas toujours une gouttelette exactement de la même manière. Le jet de surface créé dans ce type d’événement peut être amélioré ou même supprimé, selon les manipulations de la tension de surface. Ceci est un exemple d’un phénomène appelé effet Marangoni , qui affecte le transfert de masse le long d’une interface entre deux fluides.

010 droplet 700 La vue latérale, montrant que les gouttelettes ne se mélangent pas tant que la tension superficielle persiste. (Université de Leeds)

En plus d’être joli à regarder, la compréhension de la dynamique des fluides à l’œuvre ici pourrait conduire à de nouvelles avancées dans le domaine de l’impression 3D, nous aidant à apprendre comment les produits chimiques globulaires réagir lorsqu’ils tombent l’un à côté de l’autre de l’imprimante.

Bien sûr, vous avez besoin d’une imagerie assez haut de gamme pour capturer cette minute coalescente comme cela se produit – un exploit rendu possible ici par des caméras fonctionnant jusqu’à 25 000 images par seconde.

“Les techniques d’imagerie développées ont ouvert une nouvelle fenêtre sur la technologie des gouttelettes”, explique l’ingénieur en mécanique Mark Wilson de l’Université de Leeds.

“Nous avons pu exposer les flux internes, tout en créant une image à une vitesse suffisante pour capturer la dynamique rapide.”

Les résultats sont rapportés dans Fluides d’examen physique .

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