Een team van Britse natuurkundigen en wiskundigen heeft een supercomputer gebruikt om de verborgen waarheid te achterhalen over hoe waterdruppels samenvloeien en aan elkaar plakken.
Als je ooit hebt gezien hoe waterdruppels elkaar raken en samenvoegen, had je je kunnen voorstellen dat twee kleine waterbolletjes steeds dichter bij elkaar zouden komen, totdat hun oppervlakken elkaar zouden overlappen en de oppervlaktespanning de verschillende ballen tot een enkel, ruw geheel samenbracht. Dat is wat met het blote oog zichtbaar is. Maar een nieuwe simulatie met een supercomputer, gepubliceerd op 13 maart in het tijdschrift Physical Review Letters, schetst een veel gecompliceerder beeld.
De simulatie modelleerde twee even grote druppels puur water in de ruimte, tot op het niveau van individuele watermoleculen. Toen de druppeltjes dichter bij elkaar kwamen, toonden de wetenschappers kleine, ultrasnelle golven die zich op de oppervlakken van deze druppeltjes vormden. De willekeurige bewegingen van de watermoleculen, 'thermische fluctuaties' genoemd, deden de afzonderlijke moleculen naar elkaar toe springen en dansen toen ze dichterbij kwamen.
Onderzoekers noemen dit oppervlakkige effect, dat het gevolg is van de thermische fluctuaties van de moleculen, 'thermische capillaire golven'. De rimpelingen zijn in dit geval te klein en snel om een natuurlijk experiment te herkennen. Maar de simulatie toonde aan dat de kleine golven naar elkaar reiken en de voorrand van de naderende waterdruppels vormen. De oppervlaktespanning van de druppeltjes (de samenhangende kracht die de druppeltjes in hun "druppelvorm" houdt) onderdrukt de golven, maar ze zijn nog steeds aanwezig en vormen nog steeds de voorrand van de druppeltjes als ze elkaar naderen.
Uiteindelijk ontdekten de onderzoekers dat de golven elkaar raken en bruggen vormen tussen de druppels. En als er eenmaal een enkele brug is gevormd, gaat de oppervlaktespanning aan het werk, waardoor meer rimpels aan elkaar worden gesloten 'zoals de rits van een jas', zoals de onderzoekers in een verklaring zeiden.
De onderzoekers simuleerden ongeveer 5 miljoen watermoleculen en vormden twee druppels van ongeveer 0,16 inch (4 millimeter) breed. De hele samensmelting is in een paar nanoseconden op die schaal voorbij - te snel voor een menselijke camera om te vangen, schreven ze.
Hoewel ze twee in de ruimte zwevende druppels simuleerden, is een soortgelijk effect waarschijnlijk aan het werk wanneer twee druppels op een vlak oppervlak samenkomen, schreven ze. Het begrijpen van dit gedrag is belangrijk, schreven ze, omdat het zou kunnen helpen het gedrag van water in wolken en in machines die zijn ontworpen om water uit de lucht te condenseren, te verklaren.
