Les Supercalculateurs Résolvent Un Mystère Caché À L'Intérieur En Fusionnant Des Gouttelettes D'Eau

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Il se passe des choses étranges lorsque des gouttelettes d'eau se brisent.

Image abstraite de gouttelettes d'eau.

Une équipe de physiciens et de mathématiciens britanniques a utilisé un super-ordinateur pour découvrir la vérité cachée sur la manière dont les gouttelettes d'eau se mélangent et se collent.

Si vous avez déjà vu des gouttelettes d’eau se toucher et se fondre, vous avez peut-être imaginé que deux petites boules d’eau se rapprochent de plus en plus, jusqu’à ce que leurs surfaces se chevauchent et que leur tension superficielle réunisse les différentes boules en un seul ensemble rugueux. C'est ce qui est visible à l'œil nu. Mais une nouvelle simulation utilisant un superordinateur, publiée le 13 mars dans la revue Physical Review Letters, brosse un tableau bien plus compliqué.

La simulation a modélisé deux gouttelettes d'eau pure de même taille dans l'espace, jusqu'au niveau des molécules d'eau individuelles. À mesure que les gouttelettes se rapprochaient, les scientifiques ont montré que de minuscules vagues ultra-rapides se formaient à la surface de ces gouttelettes. Les mouvements aléatoires des molécules d'eau, appelées «fluctuations thermiques», ont fait sauter et danser les molécules individuelles les unes contre les autres à mesure qu'elles s'approchaient. [Sculptures liquides: Des photographies éblouissantes de la chute d’eau]

Les chercheurs appellent cet effet ondulatoire de surface, résultant des fluctuations thermiques des molécules, "ondes capillaires thermiques". Dans ce cas, les ondulations sont trop petites et rapides pour être repérées par une expérience naturelle. Mais la simulation a montré que les vagues délicates se rejoignent, formant le bord d'attaque des gouttelettes d'eau. La tension superficielle des gouttelettes (la force de cohésion qui maintient les gouttelettes dans leur forme de "gouttelettes") supprime les vagues, mais elles sont toujours présentes et forment toujours le bord d'attaque des gouttelettes lorsqu'elles se rapprochent les unes des autres.

Une image illustre les interactions des molécules individuelles des gouttelettes en fusion.

Une image illustre les interactions des molécules individuelles des gouttelettes en fusion.

(Crédit image: S. Perumanath et al., Phys. Rev. Lett. (2019) / CC de 4.0)

Finalement, les chercheurs ont découvert que les vagues se touchaient, formant des ponts entre les gouttelettes. Et une fois qu'un seul pont est formé, la tension superficielle se met au travail et scelle plus d'ondulations "comme la fermeture à glissière d'une veste", comme l'ont indiqué les chercheurs dans un communiqué.

Les chercheurs ont simulé environ 5 millions de molécules d’eau, formant deux gouttes d’une largeur d’environ 0,16 pouce (4 millimètres). La fusion est terminée en quelques nanosecondes à cette échelle - trop vite pour être capturée par une caméra humaine, ont-ils écrit.

Bien qu'ils aient simulé deux gouttelettes flottant dans l'espace, un effet similaire est probablement à l'œuvre lorsque deux gouttelettes se confondent sur une surface plane, ont-ils écrit. Comprendre ce comportement est important, ont-ils écrit, car cela pourrait aider à expliquer le comportement de l'eau à l'intérieur des nuages ​​et des machines conçues pour condenser l'eau hors de l'air.

  • Wacky Physics: Les petites particules les plus cool de la nature
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Publié à l'origine sur Science en direct.


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