قطرة متنكرة: كيف يشحن التبخر ويحرك القطرات الدقيقة
قطرة ماء على غشاء بوليمر فلوري تتصرف في البداية كما هو متوقع: تستقر وتتبخر. ولكن بمجرد أن يتقلص حجمها إلى ربع حجمها الأولي، تنطلق من مكانها وتقطع في أجزاء من الثانية مسافة تعادل عدة أضعاف نصف قطرها. بعد ذلك تزحف ببطء ولكن بإصرار، تاركةً خلفها أثرًا غير مرئي من الشحنات الكهربائية. هذا الأثر هو سبب الحركة.
التبخر يزيل من القطرة طبقة رقيقة من الشحنات الموجودة دائمًا على السطح البيني بين الماء والسطح. هذه الشحنات لا تختفي، بل تبقى على الغشاء مثل بصمات الأصابع. القطرة، بينما تتقلص، تترك خلفها مناطق مشحونة. إذا كان السطح غير متجانس قليلاً، يحدث التبخر بشكل غير متساوٍ، وتتوزع الشحنة على شكل بقع: بعضها موجب وبعضها سالب. القطرة، التي تحمل شحنة بنفسها، تشعر بهذه البقع وتتنافر مع تلك التي لها نفس شحنتها.
كان يُعتقد سابقًا أن تبخر القطرة هو مجرد مسألة حرارة ورطوبة. لكن الآن نرى أن القوى الكهربائية قد لا تقل أهمية عن القوى الشعرية. القطرة لا تجف بشكل سلبي فحسب، بل تشق طريقها بنشاط، متجنبةً المناطق "الملوثة" بالفعل. يبقى على السطح نمط فسيفسائي يمكن قراءته كخريطة لرحلتها.
هذه الرقصة للقطرات مهمة ليس فقط للفيزيائيين. الطابعات النافثة للحبر، التي تطبع الدوائر الدقيقة أو العينات البيولوجية، تتطلب أن تصيب القطرة نقطة محددة بدقة. إذا قررت القطرة أن تزحف بعيدًا بعد هبوطها، تتأثر الدقة. فهم الآلية سيسمح إما بقمع الحركة الذاتية، أو على العكس، استخدامها لفرز ونقل الجسيمات الدقيقة. القطرة التي ترسم طريقها بنفسها بضربات كهربائية يمكن أن تصبح أداة، وليس عائقًا.
تتحرك القطرة بسرعة تصل إلى 100 مم/ث، أي ما يعادل شخصًا طوله 1.8 متر يركض 18 مترًا في الثانية، أي بسرعة 65 كم/ساعة.