这实验有毒:把“水宝宝”扔到热锅里,听它的尖叫!
在足够热的热锅上滴上几滴水,你会看到它们被烫得四处跑(误):
这个就是莱顿弗罗斯特效应了,界面上快速形成的蒸汽层托起了小水滴。
这个简单有趣的实验很受欢迎,有很多网络视频都是关于它的。不过,视频博主们也不满足于在热锅上滴水,他们还会在锅里扔进另外一种东西,就是下面这个↓
眼熟吗?你可以叫它水宝宝,或者水晶花泥,总之就是那种能吸水膨胀很多倍的凝胶小球了。
如果把这些吸满水的凝胶小球扔进灼热的锅子,那现象就更热闹了:它们不仅会被烫得跳起来,还会烫得吱吱叫!(听起来太惨了喂……)
视频很小的,点开听一下声音吧~
水宝宝:这缺德主意谁想的?
莱顿大学的研究者Scott Waitukaitis在网上看到了水宝宝被热锅处刑的视频,他对此也很感兴趣:这过程到底是怎么发生的?水滴在热锅上很安静,那小球为什么会吱吱叫呢?
为了搞清这个问题,他和同事们决定亲自搞个研究。他们架起215℃的热锅和高速摄影机,详细记录了这种现象的全过程。上面的视频就是他们拍摄的。不仅拍了视频,他们还为热锅上的水宝宝发了一篇论文!就发表在的《自然·物理》上……
那么这中间到底发生了什么?凝胶球弹跳的动力其实与水滴很类似:遇到灼热表面之后,水迅速气化,提供了向上托的动力。毕竟这种超能吸水的凝胶球中,有99%以上都是水。研究者们也将这种现象称为“弹性莱顿弗罗斯特效应”。不过,凝胶球毕竟不是液体,而是表现为有弹性的固体,因此它们和水滴的运动效果相当不同。
通过高速摄影,研究者发现:当凝胶球与热锅接触之后,在水蒸气的推动下,界面上会首先出现一条很窄的缝隙。和水滴的情况不同,凝胶球和热锅之间的缝隙会十分快速地反复开闭,频率达到每秒2000~3000次。而这个快速的振动,也是我们所听到的声音的来源。
凝胶球和热锅接触面上的快速振动,5000帧每秒的高速摄影:
与25℃常温的情况对比一下:
在常温的锅里就只是很普通地弹起来,接触锅面的地方没有出现快速的颤动,而且这种弹跳很快就无法持续了。
在这个过程中,弹性能量也会在凝胶球中积累,最终推动它弹跳起来。这种弹跳大体会稳定在4厘米左右的高度,振动和弹跳的过程通常可以持续2~3分钟。在那之后,凝胶小球不再能维持弹跳,因为它们往往会开裂坏掉:
两个被玩坏的凝胶球……
到这里,科学家们的好奇心得到了满足,而他们也设想起了这东西的应用:现在时兴柔性机器人,很多柔软的部件都是用水凝胶材料做的,那我们能不能也用类似的方法来驱动它们?
所以将来,或许人们还会听到柔性机器人在热锅上的悲鸣吧……= =
PS:本实验完全可以在家尝试,只要避免烫伤就好,尽情欣赏小球的哀嚎吧……
另外注意不要让很小的孩子接触到水宝宝,尤其是没有泡发的那种,误吸可能会堵住气管。
参考文献
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys4194.html
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