Research Abstract

熱水面の上の微小水滴のダイナミクス

Dynamics of microdroplets over the surface of hot water

2015年1月27日 Scientific Reports 5 : 8046 doi: 10.1038/srep08046 (2015)

朝日の下で一杯のコーヒーを飲んでいるとき、熱いコーヒーの表面に水蒸気の白い膜がうかんでいるのに気づいたことのある人もいるかもしれない。それは、表面に極めて近いところにとどまっていて、ほとんど水面に張り付いているように見える。この膜は、水蒸気の上昇気流でゆらいでいるが、時折り異様に速く割れ目が走る。亀裂にも似た幅1 mm程の裂け目がいくつも開き、膜に不思議なパターンが現れる。我々はこの現象を、高速度ビデオカメラを取り付けた顕微鏡を用いて観察し、以下のような興味深い事実を明らかにした。1) この白い膜は、大きさが10 μm程度でかなり大きさのそろった微小水滴からなる。2) 水滴は、水面から10~100μm上に浮揚している。3) 膜の亀裂は水滴の集団的な消失で、速度が1~2 m/sの表面波の波面として伝播する。4)それは、たった一つの水滴の消失による水面の攪乱をきっかけに引き起こされる。

Takahiro Umeki, Masahiko Ohata, Hiizu Nakanishi & Masatoshi Ichikawa

Corresponding Author

中西 秀
九州大学 理学研究院 物理学部門

When drinking a cup of coffee under the morning sunshine, you may notice white membranes of steam floating on the surface of the hot water. They stay notably close to the surface and appear to almost stick to it. Although the membranes whiffle because of the air flow of rising steam, peculiarly fast splitting events occasionally occur. They resemble cracking to open slits approximately 1 mm wide in the membranes, and leave curious patterns. We studied this phenomenon using a microscope with a high-speed video camera and found intriguing details: i) the white membranes consist of fairly monodispersed small droplets of the order of 10 μm; ii) they levitate above the water surface by 10 ~ 100 μm; iii) the splitting events are a collective disappearance of the droplets, which propagates as a wave front of the surface wave with a speed of 1 ~ 2 m/s; and iv) these events are triggered by a surface disturbance, which results from the disappearance of a single droplet.

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