Wie kann ein Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche derselben Flüssigkeit schwimmen?

Das von Ihnen erwähnte Phänomen heißt Nichtkoaleszenz, und es gibt viele schöne experimentelle Beispiele dafür (siehe zum Beispiel [1] , [2] ).

Tatsächlich können Tröpfchen verschiedener Flüssigkeiten vor der Koaleszenz für ausgedehnte Zeiträume auf den jeweiligen Oberflächen schwimmen. Das Problem der Erklärung, warum dies geschieht, wurde von Klyuzhin et al. vor ein paar Jahren, mit einigen Versuchen, es besser zu erklären, als es in der Vergangenheit getan worden war.

Ich zitiere aus diesem Papier:

Wenn ein Flüssigkeitströpfchen auf die Oberfläche derselben Flüssigkeit fällt, wird im Allgemeinen ein sofortiges Mischen erwartet. Aber selbst in alltäglichen Situationen kann man manchmal beobachten, dass kleine Tröpfchen auf Oberflächen schwimmen, ohne sich sofort zu vermischen, zum Beispiel, wenn Tröpfchen in Waschbecken fallen oder bei Regen, wenn Spritzer winzige Tröpfchen erzeugen, die sich schnell über Pfützenoberflächen bewegen können. Trotz dieser gemeinsamen Erfahrung sowie einer Reihe relevanter wissenschaftlicher Studien bleibt das Konzept der verzögerten Koaleszenz kontraintuitiv.

Eine Reihe von Hypothesen wurde vorgeschlagen, um die verzögerte Koaleszenz zu erklären. Im Jahr 1900 schlug Reynolds vor, dass Tröpfchen auf der Flüssigkeitsoberfläche verbleiben können, weil ein dünner Luftfilm unter dem Tröpfchen eingeschlossen wird. Mahajan berichtete jedoch später, dass Wasser bei atmosphärischem Druck keine schwimmenden Tröpfchen bildete, sondern dass Tröpfchen in höheren Lagen, wo der Luftdruck niedriger war, leichter erzeugt werden konnten, das Gegenteil von dem, was von Reynolds Hypothese erwartet wurde. Die positive Wirkung des reduzierten Luftdrucks wurde in jüngerer Zeit in Studien zur Lebensdauer von Öltröpfchen bestätigt. Da ein verringerter Luftdruck die Dicke jedes Luftkissens verringern sollte, schienen diese letzteren Beobachtungen schwer mit der frühen Luftkissenhypothese in Einklang zu bringen.

Sie schlagen dann eine Erklärung für diesen Mechanismus vor:

Jüngste Ergebnisse aus diesem Labor zeigen eine Grenzflächenzone, die sich von der Oberfläche manchmal bis zu Hunderten von Mikrometern oder mehr nach unten erstreckt und anscheinend durch einfallende Infrarotstrahlung und auch durch Sauerstoff verstärkt wird. Das Vorhandensein einer beträchtlichen Grenzflächenschicht könnte als wirksame Barriere wirken, die eine sofortige Koaleszenz verhindert.

Ein möglicher Mechanismus, der auf dem Vorhandensein dieser Grenzschicht basiert, ist in Abbildung 13 dargestellt. Bevor Tröpfchen und Volumen in Kontakt kommen, weisen beide Einheiten vermutlich erhebliche Grenzschichten auf (1), die eine sofortige Koaleszenz verhindern (2). Sobald sie sich berühren, beginnen sich die Grenzflächenschichten aufzulösen (3). Wenn sich die Schichten ausreichend aufgelöst haben, beginnt die Koaleszenz und Wasser aus dem Tropfen beginnt nach unten zu fließen (4). Wenn das Wasser evakuiert wird, nimmt das Volumen des Tropfens ab, wodurch eine schmalere Einheit zwischen dem Tropfen und der Masse entsteht (5). Durch die Abschnürung entsteht der Tochtertropfen (6). Der Prozess wiederholt sich dann und setzt die Kaskade fort.