Wbrew sile ciążenia

Czy krople deszczu są w stanie przezwyciężyć grawitację i poruszać się w kierunku przeciwnym do siły ciążenia? Wielu z nas uznałoby zapewne, że odpowiedź może być tylko jedna: nie. Jednak gdybyśmy zapytali o to samo naukowców z Uniwersytetu Bristolskiego, ich odpowiedź byłaby zdumiewająca. Twierdzą oni bowiem, że krople są w stanie pokonać siłę grawitacji, pod warunkiem że powierzchnia, po której się poruszają, jest odpowiednio potrząsana.

Podczas deszczowych dni wielu z nas zaobserwowało, że malutkie krople pozostają nieruchome, podczas gdy większe spadają. Dlaczego się tak dzieje? W przypadku mniejszych kropli siła grawitacji jest równoważona przez napięcie powierzchniowe. Ponieważ te dwie siły mają przeciwny zwrot, woda zastyga w bezruchu. W przypadku dużych kropel mamy do czynienia ze znaczną przewagą grawitacji, która ściąga skupiska cieczy w dół.

Matematycy z Bristol University wykazali, że małe krople nie tylko opierają się grawitacji, lecz zaczynają się poruszać w górę. I to nawet wtedy, gdy powierzchnia jest nachylona w stosunku do podłoża pod kątem 85 stopni. Warunek? Powierzchnia musi wibrować z odpowiednią częstotliwością.

Jak wyjaśnia Jen Eggers, przy podnoszeniu potrząsanej płytki kropla jest kompresowana, a podczas opuszczania z powrotem pęcznieje. Jeśli będziemy wystarczająco energicznie poruszać płytką, uda się przezwyciężyć napięcie powierzchniowe wzrastające w czasie sprężania, a wtedy kropla zacznie się wyciągać naprzód, wytwarzając siłę wypadkową, która pociągnie ją w górę.

Przeprowadzając opisany eksperyment, trzeba wziąć pod uwagę dwa czynniki: 1) wielkość kropel (nie mogą być zbyt duże, bo przy przyłożeniu siły rozpadną się) oraz 2) lepkość cieczy (czysta woda jest zbyt lejąca, a gęsta ciecz będzie się poruszać zbyt wolno).

Ze szczegółami badań można się zapoznać na stronach czasopisma Physical Review Letters. Wbrew pozorom, ich wyniki odnoszą się nie tylko do fizyki. Dzięki nim zdobędziemy wiedzę na temat manipulowania małymi elementami, np. fragmentami DNA.

Chętnych zapraszamy do obejrzenia nagrania przebiegu doświadczenia.

krople ciecz siła grawitacji ciążenie napięcie powierzchniowe potrząsanie Uniwersytet Bristolski częstotliwość Jen Eggers