מה קורה כשטיפה מתנפצת על משטח?
מחקר הראה שה"ספלאש" האופייני - התנפצותה של הטיפה להמון טיפות זעירות הניתזות מן המשטח - תלוי מאוד בתנאי הסביבה
מה בדיוק קורה כאשר טיפת מים נושרת אל הרצפה? ואיך היתה נראית התנפצותה אל הקרקע, אילו היינו חיים באטמוספירה של הליום דליל? חוקרים מאוניברסיטת שיקגו בדקו את התהליך בתנאי סביבה שונים, ועבור טיפות של נוזלים שונים.
בעזרת מצלמה מהירה עקבו החוקרים אחר תהליך פגיעתה של הטיפה במשטח יבש וחלק. מתברר, כי ה"ספלאש" האופייני - התנפצותה של הטיפה להמון טיפות זעירות הניתזות מן המשטח - תלוי מאוד בתנאי הסביבה.
הטיפה בתהליך נפילתה היא סימטרית (כדורית), אך מרגע ההתנפצות, כאשר היא הופכת לאלפי טיפות זעירות, הסימטריה אובדת. האופן שבו מתרחש התהליך תלוי בכמה גורמים, חלקם כאלה העולים בקנה אחד עם השכל הישר: גודל הטיפה ומהירות נפילתה, המשפיעים על מידת האלימות של התהליך, ומתח הפנים של הנוזל, המשפיע על התהוות הטיפות הקטנות. אך במחקר נמצא, כי קיימת גם השפעה משמעותית של הגז דרכו נופלת הטיפה.
בניסוי נמצא, כי כאשר לחץ הגז סביב הנוזל נמוך מסף מסוים, הטיפות הקטנות, הניתזות לרוב בעקבות התנפצות הטיפה הגדולה, אינן נוצרות כלל. קיים קשר מורכב בין מהירות פגיעתה של הטיפה במשטח, ובין הלחץ הקריטי להיווצרות הטיפות הקטנות. החוקרים בדקו ארבעה גזים שונים, בעלי צמיגות דומה אך משקל מולקולרי שונה: הליום, אוויר, קריפטון וגופרית פלואורית.
תגלית מפתיעה נוספת קשורה לעובדה שהטיפות הזעירות מזנקות כלפי מעלה: כאשר טיפה מתנפצת אל משטח רטוב, התפשטותה מוגבלת כנגד הנוזל הנייח, אשר גורם לכך שחלק ממנה נהדף כלפי מעלה; הנוזל המתפשט במהירות כלוא בין טיפת המים הממשיכה להתפשט מאחוריו, ובין הנוזל שסביבו המגביל את תנועתו. כתוצאה מכך, חלק מהנוזל ניתז כלפי מעלה. למרבה הפלא, מסתבר שגם בהתנפצות על משטח יבש, כאשר לכאורה אין כל מגבלה המונעת את התפשטות הטיפה לצדדים, נוצרות טיפות בעלות תנע בכיוון מעלה.
ככל הנראה, הגז מפעיל על הטיפה המתנפצת כוח משמעותי מאוד; בהיעדרו, הטיפה תימרח כולה על המשטח, בדיוק כמו חתיכת פלסטלינה המוטחת בכוח אל הרצפה. התנגדות הגז להתפשטות היא הגורם היוצר את הטיפות הזעירות, המתהוות כאשר הכוח שמפעיל הגז מתקרב לכוח שיוצר מתח הפנים של הטיפה. ככל שהמשקל המולקולרי של הגז גדול יותר, כן גדל ההתמד שלו, ולפיכך יכולתו להתנגד להתפשטות הטיפה. הלחץ שמפעיל הגז כנגד התפשטות הטיפה הוא גם הגורם המאפשר לטיפות הזעירות לצבור תנע כלפי מעלה: הטיפות למעשה "מטפסות" על הגז הדחוס בקרבת הנוזל המתפשט.
למחקר פשוט זה יכולים להיות יישומים למגוון תהליכים המערבים התזה של נוזלים; החוקרים מזכירים לדוגמה ציפוי משטחים, אשר ניתן לייעל על ידי שינוי הסביבה הגזית בה הוא מבוצע.
לפנייה לכתב/ת 
כיצד מתנפצות הטיפות?
צילום: גדי קבלו
