На нагретой и смазанной маслом сковороде капля воды моментально закипает и перемещается, образуя реактивную струю пара.
Вода свободно и стремительно перемещается по нагретой поверхности сковороды. Данное явление широко известно и исследовано. Его относят к эффектом Лейденфроста: при температуре поверхности, превышающей точку кипения жидкости, на ее поверхности мгновенно формируется паровой слой. Этот слой замедляет испарение самой капли и уменьшает трение между ней и поверхностью, что позволяет ей скользить по ней, подобно движению по льду. Интересно, что эффект Лейденфроста проявляется и в такой далекой области, как появление араниеформ — «паукообразных» геологических образований на Марсе.
Однако, если сковорода покрыта маслом, температура кипения которого намного выше, паровой прослойки не появляется. Тем не менее капли скользят по такой поверхности намного легче, чем по чистой. Наблюдения показывают, что их скорость может быть в 10 и даже в 100 раз выше. Подобный эффект удалось объяснить лишь недавно. Об этом рассказывается в статье В журнале была опубликована работа Крипы Варанаси (Kripa Varanasi) и его коллег из Массачусетского технологического института (MIT Physical Review Letters.
С использованием микроскопа и высокоскоростной видеокамеры, фиксирующей до 100 тысяч кадров в секунду, ученые провели наблюдения. Выяснилось, что при определенных значениях температуры, вязкости и толщины жирового слоя масло формирует тонкий слой на поверхности капли. Температура кипения этого слоя значительно превышает температуру кипения воды. Поэтому, при испарении, начиная с нижней стороны, прилегающей к нагретой поверхности, под слоем масла возникают микроскопические пузырьки.
Неровности на поверхности уменьшают адгезию капли. Кроме того, паровые полости препятствуют теплопередаче и формируют температурные градиенты, провоцирующие вибрацию капли и способствующие ее перемещению. Внутри этих пузырьков давление быстро увеличивается до тех пор, пока масляная пленка не разрушается. Высвобождающийся пар создает реактивную силу, толкающую каплю вперед, подобно воздуху, вырывающемуся из продырявленного шара.
Авторы рассчитывают, что выявленный эффект будет использован в микрофлюидике, что позволит увеличить скорость перемещения микроскопических капель жидкости. Процесс кипения воды и формирование пузырьков пара происходят в конкретных зонах капли, которые выступают в роли центров нуклеации. Ученые полагают, вскоре исследователи смогут овладеть управлением этими центрами и, как следствие, точно контролировать перемещение кипящих капель на масляной поверхности.