ไม่ว่าจะยืนอาบน้ำ ทำกาแฟหกในตอนเช้า หรือไปทำงานท่ามกลางสายฝน ในแต่ละวันมักจะเริ่มต้นด้วยหยดน้ำที่กระเด็นออกจากพื้นผิวที่มั่นคง ในความเป็นจริงแล้วปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นบ่อยจนไม่มีใครสังเกตเห็น อย่างไรก็ตาม ฟิสิกส์พื้นฐานที่ควบคุมไดนามิกของหยดน้ำนั้นมีความสมบูรณ์มาก และการทำความเข้าใจเหตุการณ์เหล่านี้โดยละเอียดมีผลที่ตามมาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญ
ตัวอย่างเช่น
ในการเกษตร ชั้นนอกที่มีลักษณะคล้ายขี้ผึ้งของใบพืชจะสร้างส่วนต่อประสานที่ไม่เปียกซึ่งขับไล่น้ำและทำให้หยดน้ำกระเด็นออกจากพื้นผิว เป็นผลให้พืชมักจะเก็บสเปรย์ที่ใช้ไว้น้อยกว่าครึ่งหนึ่ง สิ่งนี้ไม่มีประสิทธิภาพและเป็นอันตราย เนื่องจากสารกำจัดวัชพืชและยาฆ่าแมลงที่มีไว้สำหรับพืช
สามารถก่อตัวขึ้นและปนเปื้อนในดินและแหล่งน้ำสาธารณะในที่สุด การหาวิธีกำจัดการดีดกลับของหยดน้ำในกรณีดังกล่าวมีประโยชน์ทั้งทางเศรษฐกิจและสังคมที่สำคัญ ในทางกลับกัน การส่งเสริมการดีดตัวของหยดเพื่อให้หยดทั้งหมดกระเด็นออกจากพื้นผิวอาจมีข้อดีหลายประการ ลองนึกภาพกระจกหน้ารถ
ที่สามารถกันเม็ดฝนทุกครั้งที่ฝนตก มันจะทำให้การขับขี่ในสายฝนปลอดภัยมากขึ้น บางทีเราอาจเรียนรู้จากความสามารถตามธรรมชาติของพืชในการขับไล่หยดน้ำและใช้กลยุทธ์เดียวกันกับกระจกรถยนต์ ดังนั้นเราจึงเห็นว่าการป้องกันหรือเพิ่มการดีดตัวของหยดน้ำจากพื้นผิวสามารถมีผลกระทบอย่างมาก
ต่อชีวิตประจำวันของเรา ติดต่ออุทกพลศาสตร์ของการตกกระทบของหยดเป็นสิ่งที่น่าทึ่ง ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 AM วอร์ชิงตันได้ดำเนินงานบุกเบิกเกี่ยวกับรูปแบบที่สมมติขึ้นจากหยดของเหลวขณะที่หยดลงในแนวตั้งบนจานแนวนอน ข้อสังเกตเหล่านี้เผยให้เห็นปรากฏการณ์ต่างๆ มากมาย
ที่สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างการดีดกลับ เช่นเดียวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ดูเหมือนง่ายๆ หลายๆ อย่าง กระบวนการที่หยดกระทบพื้นผิวนั้นซับซ้อนกว่าที่ปรากฏครั้งแรกมาก ต้องคำนึงถึงแง่มุมต่างๆ ของหยดน้ำ เช่น ขนาด ความเร็ว และธรรมชาติของของไหล เช่นเดียวกับองค์ประกอบ
ทางเคมี
และโครงสร้างทางกายภาพของพื้นผิว แท้จริงแล้ว หยดน้ำหยดเดียวกับที่กระเด็นจากใบไม้จะติดอยู่ด้านข้างของอ่างอาบน้ำ นอกจากนี้ เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาที ทำให้การสังเกตโดยละเอียดของการตกนั้นซับซ้อน ในปี 1957 ปัญหานี้ทำให้แฮโรลด์ เอ็ดเกอร์ตันที่สถาบันเทคโนโลยี
แมสซาชูเซตส์ใช้เทคนิคการถ่ายภาพแบบสโตรโบสโคปที่โด่งดังในขณะนี้เพื่อจับภาพหยดน้ำที่หยดลงในชามนม เครื่องมือที่ทันสมัยในปัจจุบันช่วยให้เราสามารถสังเกตเหตุการณ์ที่รวดเร็วเหล่านี้ได้โดยตรงและง่ายกว่า โดยทั่วไปแล้วกล้องความเร็วสูงจะบันทึก 10 3ถึง 10 4เฟรมต่อวินาที และสามารถบันทึก
ภาพในรูปแบบที่เครื่องบันทึกวิดีโอในครัวเรือนทั่วไปสามารถอ่านได้ นี่คือที่มาของงานของเรา เมื่อหยดน้ำสัมผัสกับพื้นผิวที่เป็นของแข็ง รูปร่างทรงกลมเริ่มต้นจะถูกบังคับให้มีรูปร่างคล้ายแพนเค้กที่ยื่นออกมาเหนือพื้นผิว พลังงานจลน์ของหยดน้ำบังคับให้เป็นไปตามระนาบเรขาคณิตของพื้นผิวของแข็ง
เมื่อปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลระหว่างน้ำกับพื้นผิวเป็นสิ่งที่น่ารังเกียจ หยดน้ำที่เกาะบนสิ่งที่เรียกว่าของแข็งที่ไม่ชอบน้ำเหล่านี้จะพยายามลดการสัมผัสกับพื้นผิวให้น้อยที่สุด ดังนั้น หลังจากถูกบังคับให้เป็นรูปแพนเค้ก หยดจะหดกลับขณะที่พวกมันพยายามสร้างรูปทรงกลมขึ้นใหม่เพื่อลดการสัมผัส
กับของแข็งให้เหลือน้อยที่สุด อันที่จริง ในบางกรณี การดึงกลับอาจมีความรุนแรงมากพอที่หยดจะดีดกลับหรือกระดอนจากพื้นผิวหลังจากการกระแทก ขูดขีดพื้นผิว พื้นผิวของโรงงานหลายแห่งสามารถส่งเสริมการดีดตัวของหยดน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่อะไรที่ทำให้พื้นผิวของพวกมันทำได้ดีขนาดนี้
การมอง
อย่างใกล้ชิดที่พื้นผิวของใบบัวให้เบาะแสว่าเหตุใดวัสดุธรรมชาติหลายชนิดจึงมีลักษณะที่ไม่ชอบน้ำมาก (รูปที่ 2) ประการแรก พื้นผิวของใบไม้เหล่านี้มักจะถูกปกคลุมด้วยแว็กซ์ต่างๆ ที่ทำจากส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีอาการหวาดกลัวการเปียกน้ำอย่างรุนแรง
ประการที่สอง การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์เผยให้เห็นว่าพื้นผิวทำจากกระแทกที่มีความกว้างประมาณ 10 µm และถูกปิดทับด้วยท่อกลวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 µm หากของเหลวในหยดถูกดึงดูดไปที่พื้นผิว ของเหลวนั้นจะยังคงแพร่กระจายต่อไปและเกาะติดกับวัสดุที่เรียกว่าไฮโดรฟิลิกในที่สุด
น้ำไม่สามารถเข้าไปในโพรงที่เกิดจากการกระแทกเหล่านี้ได้เนื่องจากพื้นผิวนั้นไม่ชอบน้ำ ดังนั้นหยดจึงถูกทิ้งไว้บนหมอนอิงที่มีหนามแหลม ช่องว่างระหว่างเดือยแหลมเหล่านี้หมายความว่าหยดน้ำสัมผัสกับอากาศเป็นส่วนใหญ่ มีเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้นที่สัมผัสกับใบไม้จริงๆ ปฏิกิริยาทางเคมีที่น่ารังเกียจ
และสัณฐานวิทยาของใบไม้รวมกันนี้สร้างพื้นผิวที่สามารถขับไล่น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสร้างพฤติกรรมไม่ชอบน้ำที่น่าอัศจรรย์ ตัวอย่างอื่นๆ ของวิธีการไม่ให้เปียกนี้สามารถพบได้ในขนเป็ดและปีกผีเสื้อ พื้นผิวลูกฟูกเหล่านี้ยังมีช่องอากาศที่ป้องกันไม่ให้น้ำสัมผัสกับพื้นผิวได้อย่างสมบูรณ์
ผลจากการสัมผัสที่จำกัดของหยดน้ำกับพื้นผิว แรงเสียดทานต่อการเคลื่อนที่ของหยดน้ำจึงน้อยมาก ซึ่งหมายความว่าน้ำสามารถกระดอนหรือม้วนออกจากขนเป็ดและปีกผีเสื้อได้ค่อนข้างง่าย พื้นผิวประดิษฐ์สามารถสร้างขึ้นเพื่อเลียนแบบพฤติกรรมนี้ได้โดยการบำบัดทางเคมีด้วยสารไม่ซับน้ำ เช่น ซิลิโคน
และเทฟล่อน หรือโดยการประดิษฐ์พื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำที่หยาบมากๆ โดยตรง ตัวอย่างเช่น และเพื่อนร่วมงานที่ ในญี่ปุ่นเพิ่งพัฒนาพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำแบบหยาบพิเศษด้วยการเคลือบแผ่นแก้วด้วยขี้ผึ้งหลอมเหลวซึ่งผ่านการเจริญเติบโตของเศษส่วนเมื่อแข็งตัว อีกวิธีหนึ่งคือ ลวดลายที่ออกแบบไว้
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
