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2005/05/16

液体上に浮かぶ液滴

以前、不思議な無重力と言う話を書きました。国際宇宙ステーション上で行われた実験のビデオを見たらいろいろと面白い現象があった、と言う話です。その中の一つとして、水の球の中に空気の「部屋」を作り、その中に小さな水滴を入れるとすぐに吸収されずに何度も跳ね返る、と言う不思議な現象の話を書きました。同様の現象は例えばコーヒーをドリップする時にコーヒーの液滴が表面上をつつつ、っと走る、と言う場面でも見れるのですが、ではなぜそんなことが起きるのか、と言うことを直感的に説明するのは難しいし、物理の話としてもそう簡単ではないんです。特に重力が働く地上での実験で考察するのはまず無理だろうな、と思っていたのですが、それに対する解答となる実験の論文が今月のPhysical Review Letters(Vol. 94, 177801)に出ていました。

Couder(クディエール?)と言う人を筆頭著者とするフランスのグループの論文で、重力に抗して小さな液滴を同じ物質の上に数日間浮かせることができたのだそうです。ざっと見たところ、そのポイントは下の液体の方。これを垂直方向に激しく(と言っても毎秒10回〜200回)振動させることによって、液体表面に落ちてくる液滴を表面ではね返して、空中に保持し続ける、という事が可能なのだそうです。

面白いのは、この振動の大きさ(幅)を徐々に小さくしたとき。小さな液滴だとすぐに吸収されてしまうのですが、中間サイズ(直径3mmぐらい)の場合には、液体の表面にとどまったまま吸収もされずに浮いている、という状態になるのだそうです。論文にはその写真が載っているのですが、一見すると油の粒が水の上に浮いているような感じ。これらが別の液体なら不思議でも何でもないのですが、これが同種類の液体で、液滴と液体との間には厚さ1μm程度の空気の層が保持されている、と言うのですから驚きです。そしてこの液滴に注射器か何か?で液体を注入すれば、3cmまで大きくできるのだそうです。

なぜ、こんなことが起きるのか。論文ではきっちりと物理学的に考察している(当たり前なんですが)のですが、そのへんをザクッと抜いて要点だけ書くと、要するに空気のクッションとしての効果が効いている、と言う事ですね。閉じ込められた空気によるクッションの効果、と言うのはエアサスペンションとして実用化されていますし、ナイキのシューズを履けば体感もできます。そう言う効果は別に密封された空気でなくてもあるわけで、液滴と液体表面の間にある空気が逃げ出すまでは働いているのです。空気が逃げ出す時間スケールよりも早く動かしてやれば液滴が吸収されずに表面ではね返される。要するに、液滴と液体の間の空気が逃げ出せない条件を押さえてやれば、上記に示したような一見不思議な現象も再現するし、物理学的にも説明できる。それがこの論文の結論であると見ました。

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わたくし、これまでの人生の中で何度となくコーヒー こちら [続きを読む]

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今朝コーヒーをドリップしてて気がついたんですが、表面を丸いままの滴がつるつると転がってるじゃないですか。水と油とかならともかく、これっていったい何事よ、と思って調べてみたらコーヒー好きには割りとメジャーな現象らしいですな。以下の記事に簡単な説明が。うぬぅ... [続きを読む]

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