水滴が油膜の上を「歩く」、これはSFではありません!水滴の「ダンス」の秘密

著者: ドゥアン・ユエチュ

薄い油膜の上で水滴が踊っている？これはSF映画のワンシーンのように聞こえるかもしれないが、科学者たちは実際にこの驚くべき現象を実験室で観察した。この研究は、サウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学のダン・ダニエル教授とその同僚によって行われた。彼らは、マイクロメートル規模の柱状パターンでコーティングされた薄い油膜上で水滴が凝縮すると、驚くべき集団運動を示すことを発見した。

この実験の手順は非常に簡単です。研究者たちはまずシリコンの表面を油の薄い膜でコーティングし、マイクロメートルサイズの柱のパターンを作った。その後、フィルムを摂氏4度まで冷却しました。するとすぐに、水滴がフィルム上に凝縮し始め、徐々に近づいてきました。約 25 分後、最も大きな水滴が踊り始め、蛇のように自らを避けながら曲がりくねった動きを繰り返し、その後円を描き始めました。この動きは、液滴の鼓動が止まるまで、蛇行と円運動を交互に繰り返しながら約 4 時間続きました。

この現象の背後にある原理は何でしょうか?ダニエル氏と彼の同僚は、大きな液滴とそれよりはるかに小さな液滴の連続的な融合によって放出されるエネルギーが、この動きを駆動するのに十分であると計算した。さらに、踊る油滴によって引き起こされる油の再分配により、蛇行と円形のダイナミクスが切り替わります。

この研究はどのような分野に応用できるでしょうか?まず、この現象は熱伝達と水の収集において重要な用途があります。さらに、この種の研究は、自然界の活性物質システムを理解するための窓口となります。自然界には、細菌の集団から鳥の群れまで、同様のシステムが数多く存在します。これらのシステムには、移動したり力を加えたりするためにエネルギーを消費するコンポーネントがあります。研究室では、このようなアクティブマターシステムを作成するには、通常、光、生化学エネルギー、化学エネルギーを運動に変換できる複雑なセットアップとコンポーネントが必要です。この研究は、活性物質システムをさらに探究し研究するのに役立つ可能性のある単純な物理システムを提供します。

この研究を通して、私たちが心を込めて発見し探求する限り、自然界の素晴らしい現象はどこにでもあることがわかります。同時に、これは科学者のたゆまぬ真実の追求と自然の謎の解明の精神を示すものでもあります。今後、この研究は多方面に渡って幅広く応用され、人類にさらなる驚きをもたらすと信じています。

参考文献:

物理学 - 液滴は合体後に踊る https://physics.aps.org/articles/v17/s15