Zelfs als natuurkundigen grote, dure experimenten gebruiken om enorme zwaartekrachtsgolven en kleine hadronen bloot te leggen, kunnen ze nog steeds vragen beantwoorden over het door en door alledaagse. Bijvoorbeeld: waarom stuiteren druppels koude melk op het oppervlak van warme koffie voordat ze zinken? Waarom skitteren kleine watersferen over het oppervlak van een zwembad in de regen?
Een team van onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft voor het eerst de krachten geobserveerd en beschreven die ervoor zorgen dat vloeistofdruppels boven het oppervlak van grotere reservoirs zweven.
Dit is hoe het werkt.
Wanneer een regendruppel tegen het oppervlak van een plas botst, ontdekten de onderzoekers dat dubbele motoren in werking treden. Door de botsing draaien kleine stroompjes rond de druppel en onder het oppervlak van de plas. Als je in de druppel zou kunnen kijken, zou je zien dat water langs de randen in de druppel naar beneden stroomt en dan weer omhoog klimt naar het midden, zo blijkt uit het nieuwe onderzoek.
Die draaiende beweging in de druppel, onder de meeste omstandigheden onzichtbaar, creëert voldoende kracht om aan de lucht rond de druppel te trekken. De lucht vormt een dunne, snelle windstroom die onder de druppel stroomt en die volgens de nieuwe bevindingen een haarbreedte boven het oppervlak houdt.
De onderzoekers ontdekten echter dat die motoren - in de druppel en onder het oppervlak van de vloeistof - niet vanzelf draaien. Warmteverschillen tussen een druppel en de vloeistof die het beïnvloedt, sturen de rotatie en de levitatie. Zodra de regendruppel opwarmt of afkoelt tot de temperatuur van de plas - een proces dat wordt versneld door die draaiende motoren die van milliseconden tot seconden kunnen duren - zal het door zijn magische tapijt van lucht crashen en in de plas verdwijnen, toonde de studie aan.
De MIT-onderzoekers bedachten hoe ze het minimale warmteverschil voor levitatie in een bepaalde vloeistof konden berekenen. Als het verschil groter is dan dat minimum, vonden ze, druppelt de druppel langer. Korter en de druppel zweeft helemaal niet.
Door middel van een aantal slimme experimentele opstellingen en met behulp van high-speed camera's konden de onderzoekers een aantal prachtige video's maken van de levitatie-motoren in actie. De wetenschappers mengden enkele glanzende vlokken titaniumdioxide in olie en spelden vervolgens met een injectiespuit een druppel van die olie tegen het oppervlak van een groter zwembad. Ze verlichtten de druppel met een heldere LED en het titaniumdioxide lichtte op terwijl het door de kolkende stromingen wervelde en het pad van de motoren volgde.
De auteurs publiceerden een paper waarin de ontdekking op 8 november werd beschreven in het Journal of Fluid Mechanics.
