摘要：当一滴糖霜大小的液滴撞击到防水表面（例如塑料或某些植物的叶子）时，它可能会遭遇两种命运之一：粘附或反弹。此前，科学家们认为反弹仅取决于表面的防水程度以及液滴如何损失撞击能量。他们认为速度并不重要。

剑桥大学

当一滴糖霜大小的液滴撞击到防水表面（例如塑料或某些植物的叶子）时，它可能会遭遇两种命运之一：粘附或反弹。此前，科学家们认为反弹仅取决于表面的防水程度以及液滴如何损失撞击能量。他们认为速度并不重要。

现在，发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究表明，速度实际上是决定性因素，而且液滴只会在“适宜速度区”内反弹，也就是在合适的速度范围内反弹。

“弹跳只会在非常狭窄的速度窗口内发生，”该研究的第一作者、巴斯大学博士生杰米·麦克劳克兰 (Jamie McLauchlan) 说。

如果液滴移动得太慢，它就会粘住。太快，它又会粘住。只有在两者之间才可能发生反弹，此时动量足够大，使液滴脱离表面，但又不会大到再次塌陷回表面。

研究人员还发现了尺寸效应：太小的液滴无论速度多快都无法弹跳。研究表明，粘度（液体的稠度）对液滴的尺寸施加了根本的限制，使得最微小的液滴都无法弹跳。

他们还开发了一个简单的类似弹簧的模型来解释这种行为。液滴内部会同时发生许多微小的运动，这使得其过于复杂，无法完全模拟。该模型将液滴视为一根微型弹簧，捕捉关键的力——表面粘性、粘度（液体的稠度）、表面张力和速度（惯性）。

在完全防水的表面上，水滴可以以任意速度反弹。但在现实世界的表面上，只有当所有这些力达到微妙的平衡时，水滴才会反弹。

“由几个质量块、弹簧和阻尼器组成的系统，结合一小组规则，能够重现真实液滴的一些复杂行为。”

这些结果具有广泛的应用前景。在印刷领域，了解弹跳的速度范围有助于确保油墨在防水表面上可靠地沉积。在农业领域，它为防止农药从树叶上弹起提供了方法。在健康领域，它揭示了呼吸道飞沫如何粘附在家具上，或如何弹起并停留在空气中，从而影响疾病的传播方式。

“令人兴奋的是，我们的研究结果为控制液滴提供了明确的策略，”剑桥大学卡文迪什实验室论文的通讯作者、副教授安东·索斯洛夫分享道。

例如，使用更多亲水涂层可以抑制各种条件下的弹跳。这直接关系到从涂层到气溶胶控制的技术。

接下来，研究人员想要探索其他因素如何影响液滴行为，例如电荷、部分行为像固体的粘弹性液体，以及表面活性剂（像肥皂一样降低表面张力的物质，在生物液滴中很常见）。

这些特性在实际系统中普遍存在，可能会改变粘附和弹跳之间的界限，也可能揭示出新的、意想不到的现象。

来源：科学巴扎黑