эффект Лейденфроста

Исследователи из Нидерландов обнаружили необычное свойство жидкости, изучая видео о шариках гидрогеля на раскаленной сковороде.

Украинский программист под ником Джон Панч опубликовал ролик о том, как гелевые шарики подпрыгивают на горячей сковородке. Видео посмотрели более миллиона человек, среди них - Скотт Вайтукайтис, специалист в области физики мягких материалов при Лейденском университете в Нидерландах.

Вайтукайтис решил повторить эксперимент в лаборатории, используя высокоскоростные камеры, чтобы выяснить, почему шарики могли подпрыгивать так долго. Оказалось, что, когда гидрогель соединяется с очень горячей поверхностью, происходит взрыв пара. Это заставляет вибрировать нижнюю часть шарика. 

"Этот пар создает давление, которое на самом деле деформирует нижнюю часть шара. Мы обнаружили принципиально новый тип эффекта Лейденфроста. Этот эффект для гидрогеля превращает каждый шарик в крошечный паровой двигатель", - заявил Скотт Вайтукайтис.

В классическом примере эффекта Лейденфроста жидкость при контакте с очень горячим телом создает изолирующий слой пара, который предохраняет жидкость от быстрого выкипания. А в случае с гелем пар вырывался наружу, заставляя шар отскакивать от поверхности. Это кипение высвобожало энергию, которой хватало для серии "прыжков" шарика на сковороде.

Эксперименты показали, что если шарики были сброшены с высоты менее 4 сантиметров, то они начинали прыгать все выше и выше, пока не достигали этой высоты, где стабилизировались в течение нескольких минут. При падении с большей высоты, с каждым отскоком они уменьшали высоту "прыжка", пока не фиксировались на высоте 4 сантиметров. Оказалось, что 4 сантиметра были высотой, на которой энергия от нагрева компенсирует потерю энергии при ударе. По словам Вайтукайтиса, некоторые шарики могли прыгать так до 10 минут, пока не начинал плавиться полимер, из которого они сделаны.

В дальнейшем ученые планируют использовать данное свойство гидрогеля для создания двигателей мягких роботов, поскольку подобный материал мог бы избавить робота от классических батарей.

"Мы хотим сделать мягкие двигатели, которые были бы более эффективными. И эффект Лейденфроста может в этом помочь", - добавил Вайтукайтис.

24го июля работа опубликована в Nature Physics