Jak se voda odráží od vody

Ahoj, vítejte
u Smarter Every Day. Mám problém. Existuje fenomén,
na který pořád narážím, ale netuším, jak funguje. Snažím se to zjistit už roky,
dokonce jsem v roce 2011 nahrál video, kde jsem se ptal na vysvětlení. Děje se tu něco, čemu nerozumím. Vypadá to, že kapky
vody stojí na dalších kapkách.

Vypadá to, jako kdyby
voda byla hydrofobní. Jako kdyby kapka
při dopadu na hladinu pod sebou vytvořila vrstvu páry. Ale to se neděje. Jestli o tom něco víte,
dejte mi vědět. Viděli jste to, ne? Když se díváte
na svět kriticky jako já, uvidíte to úplně všude.

Jestli jste například
viděli překapávač kávy, při správných podmínkách uvidíte,
že kafe dělá kapky na hladině. Proč to dělá? Když zapnete sprchu a voda
stříká na druhou stranu vany, místo toho, aby byla vana mokrá, kapky vody budou tancovat
na hladině vody, která tam už je. Nelekněte se,
je to jen obarvená voda, ale zajímavé je,
že když namíříte proud správně, bude s porcelánem a vodou,
která tam už je, vytvářet malé kapky.

Nechápu, jaké jsou pro to podmínky, ale je to zajímavé
a chci tomu porozumět. Jednou jsme v práci
přistávali s vrtulníkem, z klimatizace tekla voda na asfalt a vytvářela kapky. V tu chvíli jsem si řekl,
že musím vědět, proč to tak je.

Abych to zjistil, půjdu
za svým kamarádem Donem Pettitem. Je neuvěřitelně
zběhlý v povrchové chemii. Pojďme se něco dozvědět. Je to voda odrážející se na vodě, ale uděláme to
jak na Zemi, tak ve vesmíru. Ano a bude to záplava informací. Strašné. Jestli Dona znáte,
víte, proč jsem šel za ním.

Je vzácné najít někoho,
kdo nejen krásně fotí, ale také rozumí
vědě za každou fotkou. Znáte snad ještě někoho,
kdo sbírá knihy o povrchové
chemii a vodních jevech? - Tyhle zdroje vlastníš?
- Jo. Když se o to zajímáš,
tak je potřebuješ. Vědci po celém světě zkoušeli
všechny možné experimenty, aby pozorovali kapky.

Mají skvělé informace. Ale věděl jsem, že když Donovi
dám správnou kameru a volnou ruku, tak nejen dostaneme informace,
ale uděláme krásný experiment. Je to Phantom V2511,
což je velmi rychlá kamera, ale také velmi hlasitá. Ale zapneme si
vědu a půjdeme to zkusit. Po asi hodině
seřizování objektivů a světel jsme si je nastavili tak,
abychom krásně viděli jedinou kapku vody, která přistává, odráží se
a koalescuje do většího množství vody.

Voda poskakuje na klidné vodní hladině
a vidíte, že nekoalescuje. Koalescence znamená,
že se dvě vodní tělesa dotknou a spojí. Všimnete si, že je tam prodleva,
než kapka koalescuje. Jmenuje se směšovací čas. Vědci docela dobře ví,
co se tam děje. Když kapka dopadne,
zůstane pod ní vrstva vzduchu. Po chvíli vzduch unikne
a proběhne koalescence.

Národní zdravotní
institut dělal studii, ve které ověřovali tuto teorii tím, že snížili tlak
vzduchu kolem vody, a když byl tlak nižší,
směšovací čas byl kratší. Což je skvělé. Na videu, které Don natočil,
vidíte, že když se kapka zastaví, začne skákat nahoru a dolů, pak se tam vytvoří
můstek a proběhne koalescence.

Ale mám otázku. V tomto jevu
vidím poskakující kapku, což znamená,
že tam probíhají nárazy. Proč to neprorazí vrstvu
vzduchu a nekoalescuje rovnou? Abychom tomu porozuměli,
sledovali jsme náraz. Což znamená,
že to bude úžasný záběr. Tenhle přístroj
mi poslal jiný youtuber, Ben z NightHawkInLight.

Má kapky vody, které dává na vodu,
pod kterou je reproduktor. Takže znovu
postavíme to samé co Ben. A teď upřímně,
tys to dělal ve vesmíru, že ano? Dělal. Ale nejdřív s kamerou
porozumíme tomu jevu na Zemi. Pak až mi řekneš,
co jsi zjistil ve vesmíru. Začneme na Zemi
a skončíme ve vesmíru.

- Haló?
- Ahoj, tady Destin. - Jak se máš?
- A taky Don. Děláme tu pokusy v garáži. Super, rád tě slyším, Done. Jakou frekvenci
a amplitudu jsi používal? Jestli reproduktor vypneme,
tak se ztratí, že? Můžeme to zkusit. Jsou tam,
ale koalescují velmi rychle.

Dobře, teď nic neměň, změníme jednu proměnnou,
a to budou vibrace z reproduktoru. Já si myslím, že se děje to, že voda se snaží usadit,
aby mohla tlačit na povrch. Máš pravdu. Ale protože ji
vibrace tlačí zpátky nahoru, dá to energii zpátky do soustavy a odtlačí ji pryč.

Já si myslím, že tenhle proces udržuje vrstvu
vzduchu pod kapkou. Pomáhá ji udržet. Mohl bys tu sedět
a přemýšlet, dokud nezmodráš, ale dokud nepozoruješ,
jak se to doopravdy chová, nemůžeš zjistit, co se děje. A zpomalený záběr té kapky
by při odpovídání hodně pomohl. Tohle se rychle stává nejúžasnějším
experimentem, který jsem dělal.

- Souhlasíš?
- Jo, je to skvělé. Ale tys byl ve vesmíru! Tady to máme. Moment pravdy. Po letech čekání jsme měli všechno,
s čím můžeme udělat pořádné pozorování. Jdeme na to. Tady to je. Viděli jste to? Když jsem to viděl poprvé,
bylo to jako pěst na oko.

Místo toho, aby kapka narazila, je to jako kdyby
ji zvlněný povrch chytal. Zachytí ji a pomalu ji
pustí dolů, aniž by se rozbila. Teď to chci přiblížit,
jestli bude vidět, jak ji vlna chytá. Je to tam. Je jasné, co se děje. Kdyby vám někdo
hodil balonek s vodou, šli byste rukou naproti
a riskovali, že se roztrhne?

Ne, snažili byste se
sjednotit rychlost ruky s kapkou. Tím snížíte
kinetickou energii nárazu. Na počítání energie
nárazu existuje rovnice. Ta popisuje,
jestli kapka přežije. Když je rychlost
povrchu vody a kapky stejná, budete násobit nulou. Energie nárazu tedy bude nulová. Když tomu rozumíme, je jasné,
že načasování je důležitý faktor.

Spousta kapek nepřežije,
protože špatně dopadnou. A to je přesně to,
co jsme viděli na záběru. Důležité je i to, že gravitace
neustále táhne kapku směrem k povrchu, takže vždy najde
další prohlubeň, ve které přistát. Čím větší je kapka, tím větší je i
gravitační síla, která na ni působí. Co když to uděláme někde,
kde není gravitace? Pak se odrazí.
Mám to na videu. - Můžeme to vidět?


- Jo. Tento jev jsem objevil
v lese v Alabamě v roce 2011. Ve stejném roce Don byl
na Mezinárodní vesmírné stanici, kde ho omylem
vytvořil úžasným způsobem. Udělal podobný
experiment jako teď, ale ve stavu
beztíže voda tvoří kouli. Aby to bylo zajímavější,
Don do vody vyfoukl bublinu. Pak nechal hrát hudbu
z reproduktoru a pozoroval. Vzduchová bublina
leží na reproduktoru, stejně tak i voda.

Začnu na 60 Hz
a budu zvyšovat amplitudu. Jdem na to. Vytváří se tam hrbolky. Na pomezí vzduchové bubliny a vody. Přepínám na čtvercové vlny. Trojúhelníkové vlny. Don zkoušel
různé frekvence, amplitudy, různé žánry hudby jako rock 'n' roll,
a pak zkusil pustit violoncello.

Don říkal,
že když pouštěl violoncello, malé kapky se
oddělily uvnitř vodní koule a začaly se odrážet po vnitřku. Violoncello.
Na violoncellu je něco zvláštního. Tohle video mě naprosto fascinuje. Víme o dvou
mechanismech koalescence. Je to tíha bubliny,
která tlačí na vzduch, a ve stavu beztíže je
to kinetická energie nárazu.

Každý náraz,
který skončí koalescencí, všechno je to
v záběru a je to krásně vidět. Stěna, která vibruje,
vysílá malé kapky rychleji, protože mají méně hmotnosti,
ale stejně energie. Tohle video je prostě
mnohonásobně nádherné. Chtěl bych,
aby se vám také líbilo. Tohle jsem chtěl udělat už roky.

Takže chci poděkovat Googlu
a jeho Science Teamu, že to umožnil. Moc děkuju.
Jestli chcete vidět super videa, koukněte na #Sciencegoals, je tam spousta dalších videí. Například Ben z NighHawkInLight, očividně mi s videem pomohl. Díky jeho experimentu
byly kapky ve videu stabilní. Nebo se koukněte
na Dianu neboli Physics Girl, která vytváří antibubliny doma.

Nebo se podívejte,
jak Derek z Veritasium používá skákající kapky k tomu,
aby modeloval kvantovou fyziku. Používá kapky silikonového oleje,
aby provedl dvouštěrbinový experiment. Koukněte na jakékoliv
z nich na #Sciencegoals. Jsou tam skvělá videa. Děkuji Donovi, že se podělil
o své vědomosti a záběry z ISS. Bylo to úžasné.

Díky, Done. A jako poslední,
Phantom V2511, kterým jsem natáčel, se tu bude objevovat často. Čehož jsem
také chtěl docílit už roky. Takže jestli jste
někdy přemýšleli o odběru, je na to ta správná chvíle, protože zpomalené
záběry budou mnohem lepší. Pro odběr klikněte sem. To je všechno.

Já jsem Destin,
vy den ode dne chytřejší, mějte se. Žalmy: 111, 2