Физики из Тюменского государственного университета исследовали микрочастицы пара, которые образуются над нагретой поверхностью воды, и могут на несколько минут самостоятельно собираться в геометрически правильные структуры. Ученые смогли продлить «жизнь» кластера и исследовать процессы, которые происходят внутри капли. Статья коллектива ведущих специалистов из России, США и Израиля с результатами многолетних исследований опубликована в журнале Scientific Reports.
«Известно, что вода может образовывать гексагонально-симметричные структуры (снежинки) в твердом состоянии, но такого рода упорядоченность утрачивается при переходе в жидкое состояние, — комментирует работу заведующий лабораторией микрогидродинамических технологий ТюмГУ Александр Федорец. — Например, дымка над чашкой горячего чая, туман и водяные облака состоят из множества хаотически перемещающихся капель. Удивительно, но при определенных условиях хаос сменяется порядком: мелкие сферические капли воды с диаметром на уровне десятков микрон образуют самоорганизующиеся гексагональные структуры – капельные кластеры, которые левитируют над локально нагретой поверхностью воды. Такой искусственный «плоский туман», приготовленный в Тюменском университете, открывает принципиально новые возможности изучения физических и химических процессов в микроскопических каплях водных аэрозолей».
Капельный кластер
В новой статье впервые проведен качественный анализ совокупности основных физических процессов, сопровождающих формирование и левитацию устойчивых капельных кластеров. В частности, расчёты энтропии Вороного показали, что при «самосборке» кластера из вновь поступающих капель возрастает и степень упорядоченности его структуры.
В 2003 году ученые из Тюменского государственного университета обнаружили явление самоорганизации капель воды в упорядоченные кластеры. Капли левитируют непосредственно над поверхностью воды за счет восходящих потоков воздуха и находятся в стабильном состоянии до нескольких минут. Как только капля увеличивается в размерах за счет конденсации, она становится все более тяжелой, восходящие потоки уже не могут ее держать, капля «падает» в воду и кластер распадается. Все это происходит в тысячные доли секунды и затрагивает миллионы капель одновременно. Исследователям удалось удержать кластер в стабильном состоянии в течение нескольких часов, облучая кластеры инфракрасным светом. Это позволило подробно изучить микрокапли, их поведение в кластере и процессы, которые происходят внутри капли.
Источник: ria.ru
