Jak přimět vodu téct nahoru

Jakožto fyzik doktor Kei Takashina ví, že i jednoduché jevy mají potenciál ke složitosti. Na povrch kápnete trochu vody a máte tři skupenství, která existují vedle sebe a interagují. Je tedy otázkou, co se děje a proč. Kápněte vodu na zahřátý povrch. Pomalu se začne vařit a vypaří se. Zahřejte povrch trochu víc a voda se okamžitě odpaří. Postupně teplotu zvyšujte a kapky se začnou shlukovat a vznášet se nad povrchem.

To je tzv. Leidenfrostův jev. Poprvé ho v roce 1756 popsal německý doktor Johann Gottlob Leidenfrost. Tento jev nastává, když povrch dosáhne takové teploty, že mezi ním a kapalinou vznikne tenká vrstva páry. Tím se kapalina od povrchu izoluje a dál už se odpařuje jen minimálně. I když je to běžné při vaření,... ...je to něco, čemu běžně nevěnujeme pozornost. Zájem doktora Takashiny o tento jev se však nezrodil v kuchyni.

Známý mi poslal odkaz na článek v odborném časopise o fyzice od Heinera Linkeho. Článek měl název Samohybné Leidenfrostovy kapky. Popisoval způsob, jak pohybovat kapkami vody přes zahřátý povrch s vroubky podobnými schodům. Když kapka narazí na hranu, spodní proudění páry ji přes hranu překlene. A to i v případě mírně šikmého povrchu. Tento proces by mohl sloužit ke chlazení přehřátých počítačových mikročipů. Vypadalo to zajímavě.

To zkrátka musíte vyzkoušet. Doktor Takashina a skupina studentů fyziky na univerzitě v Bath začali vytvářet a testovat různě vroubkované kvádry. Tým si okamžitě všiml, že... ...čím ostřejší hrany vroubků jsou, tím strmější stoupání kapky překonají. Tak začali uvažovat, co ještě by mohlo mít na tento jev vliv. Při velmi vysoké teplotě se kapky zcela vznáší, přičemž stoupání nedokážou překonat. Čím strmější stoupání, tím nižší teplota je potřeba.

Zde se kapka zcela nevznáší. Stále je v kontaktu s povrchem a může se od něj odrážet. Když tým začal pomocí teploty přesně regulovat stoupání kapky, - všimli si, že... - ... v závislosti na teplotě se voda pohybuje různými směry. To je naprosto nečekané. A velmi působivé. Přesáhne-li teplota Leidenfrostovu teplotu, kapky se stáčí doleva. Při nižší teplotě se stáčí doprava.

Musí v tom hrát roli struktura povrchu. Zvětšili tedy vroubky a zjistili, že v nich jsou malé rýhy. Právě to má podle nás vliv na směr pohybu. A jak by se dalo od studentů čekat, chopili se tohoto zjištění s kreativitou. Když správně seskupíte jednotlivé kvádry a vhodně umístíte zarážky, bude to fungovat. Hleďme. Leidenfrostův labyrint. U vody je tento jev zřejmý ihned.

Vidíte a slyšíte ho. Využíváme tento jev k tomu, aby věda zaujala i lidi, kteří se o ni normálně nezajímají. K tomu dodáme jen: Plnou parou vpřed! Pro Science Friday vyrobil Luke Groskin. Překlad: Veru www.videacesky.cz