Des gouttelettes d'eau flottent dans une casserole chaude en raison de l'effet Leidenfrost. Maintenant, les physiciens ont découvert une variante :l'effet élastique Leidenfrost. Cela explique pourquoi les boules d'hydrogel sautent sur une plaque chauffante en émettant des sons aigus. Ils ont publié les résultats de leur étude dans Physique de la nature .

La plupart du temps, la recherche naît de l'avancement progressif de la science. Mais parfois, les projets de recherche naissent d'un soudain coup de curiosité. Le physicien Scott Waitukaitis (Université de Leiden / AMOLF) est tombé sur une vidéo YouTube de boules d'hydrogel rebondissantes sur une plaque chauffante et a été tellement inspiré qu'il a décidé d'écrire une proposition de subvention NWO Veni pour explorer le phénomène.

Effet Leidenfrost

La danse des gouttelettes d'eau dans une poêle à frire est un phénomène bien connu appelé effet Leidenfrost. Le dessous chaud des gouttelettes se vaporise si rapidement qu'elles flottent sur un coussin de vapeur. En contraste frappant, les boules d'hydrogel présentent un mouvement de rebond soutenu. Quoi de plus, ils crient en rebondissant. Pourquoi et comment font-ils cela ? Waitukaitis et le chef de groupe Martin van Hecke (Université de Leiden / AMOLF) ont découvert qu'un effet inconnu sous-tend les rebondissements et les cris :l'effet élastique Leidenfrost, qu'ils décrivent dans une publication en Physique de la nature .

Leidenfrost élastique

Les boules d'hydrogel sont des sphères élastiques qui sont principalement (98 %) d'eau - il n'y a pas de coquille. Quand ils touchent la plaque chauffante, une petite quantité d'eau se vaporise, comme cela se produit avec les gouttelettes d'eau régulières. En utilisant la vidéographie à haute vitesse pour scruter le processus de vaporisation à l'interface entre la sphère et la surface chaude, Waitukaitis a découvert que la vapeur libérée interagit avec la sphère molle pour créer des oscillations rapides de pression et de déformation. Le mouvement qui suit injecte de l'énergie dans la sphère, conduisant à un rebond soutenu. "Ces oscillations se produisent rapidement, à une fréquence de quelques milliers de cycles par seconde, provoquant les sons aigus, " dit Waitukaitis.

Moteur doux

Ce phénomène peut paraître anodin, mais Waitukaitis et ses collègues soutiennent que cela met en lumière un concept utile. "Effectivement, la sphère agit comme un moteur dans la mesure où elle capte l'énergie de la surface, " dit-il. " Ce qui est incroyable, cependant, est que tous les composants d'un moteur, comme le carburant, le mécanisme à piston, et la sortie mécanique, sont intégrés dans une seule boule d'hydrogel."

Étant donné que le mécanisme exige explicitement que l'objet soit spongieux, les chercheurs appellent cela un "moteur logiciel". L'idée pourrait être utile dans d'autres domaines, également. "On pourrait profiter de cette idée en robotique douce. Vous pourriez, par exemple, faites passer un ensemble de fils dans les bras d'un robot hydrogel et chauffez-les là où vous voulez bouger."