2021年9月20梅根·克雷格评论
下落的水滴和柔软的叶子表面是如何相互作用的?它与未来的飞机设计有什么关联?印度理工学院孟买分校的科学家解释道。液滴和它所落的刚性表面之间的相互作用已经被很好地研究过了，但当表面不那么灵活时，比如叶子，会发生什么变化呢?来自印度孟买理工学院(IIT Bombay)的科学家们用照相机捕捉到了水滴落在人造叶子状结构上的慢镜头。他们的观察让我们得以一窥这一发现的应用范围，从设计更好的杀虫剂喷剂到开发理想的防冰表面。
图片来源:Peter Bocklandt/Shutterstock.com
我们周围的每一个动作，从洒在桌子上的咖啡到落在树叶上的雨滴，都遵循一定的物理规则。液体滴落在坚硬表面上(比如咖啡洒出)的机理很容易研究;这个交互中的两个参与者(表)中的一个实际上没有改变。但是两个“移动”的参与者之间的互动呢，比如一个下落的物体和一片柔软的叶子?
当液滴接触到像叶子这样的柔软表面时，能量会从液滴转移到表面，导致其振动。有时液滴在撞击后几乎立即从表面反弹;有时它会卡住。到目前为止，还没有一项研究对这种情况的动态情况提供了完整的理解。
Rajneesh Bhardwaj，孟买印度理工学院教授
对于一个好奇的物理学家来说，了解这种相互作用的机制是很有趣的，但它的变化还不止于此:从开发高效的杀虫剂喷雾剂(另一种落在树叶上的水滴)和雨水收集器，到设计更好的微型飞行器。
在他们最新的研究中，被选为编辑的选择物理的流体， Bhardwaj教授和他的团队进行了一系列实验，在实验中，他们使用高速摄像机观察水滴落在柔性物体上的相互作用。悬臂梁是一种人工结构，一端支撑，另一端承重，设计成防水的，在各方面都像叶子。
该团队获得的图像详细揭示了球形水滴在撞击悬臂时如何改变其形状，悬臂响应振动的确切运动，以及水滴从悬臂反弹需要多长时间。”我们主要试图了解决定液滴弹跳机制的条件巴德瓦吉博士解释道。”整个事件发生在微观的时间尺度上，所以我们以每秒3500帧的速度进行高速成像;大约每0.3毫秒记录一张图像。”
根据收集到的数据，该团队计算出了表面液滴系统的动力学，甚至预测了如何通过修改参数来产生不同的结果。例如，在设计更高效的农药时，最大限度地延长水滴接触悬臂的时间是有用的。另一方面，尽量减少接触时间是防冰表面的理想。最大限度地将能量从水滴转移到表面是基于雨水的能量收集系统的理想选择。
我们的研究为一种与现代人类技术相关的自然现象提供了坚实的理解。有了新的见解，我们不仅可以更好地了解昆虫在降雨中如何飞行，而且还可以改进微型飞行器机翼的未来设计。
Rajneesh Bhardwaj，孟买印度理工学院教授
从基础研究到应用研究，这些发现将构成各种进一步研究的基础;即使是树叶上的雨水也有很多教训给我们!