“水滴石穿”的典故我們都不陌生，我們似乎從聽到這個故事起，就覺得這個現象理所當然。然而，水究竟是如何將堅硬的石頭滴穿的，卻是一個長期以來的物理學難題。近日，一項發表於《自然·通訊》的研究終於揭示了，液滴為什麼能夠侵蝕堅硬的固體表面。研究團隊表示，這項發現還將有助於設計更加耐磨損的材料。
這項研究的領導者，明尼蘇達大學化學工程與材料科學系助理教授程翔表示：“‘水滴石穿’這樣的俗語旨在告訴我們要持之以恆，即使不夠強大，只要堅持做一件事也會產生影響。但看到液滴這樣柔軟的物體撞向岩石這樣堅硬的物體時，我們不禁會想，‘液體的撞擊是否造成了任何破壞？’我們正是受這個問題啟發，開始了研究。”
人們早已開始研究液體滴落的影響。在過去，人們只能使用高速攝像機來研究液滴撞擊。而在這項研究中，作者使用了全新的高速壓力顯微技術，從而提供了更加定量的研究手段用於分析液體撞擊時的應力與壓強情況。
研究團隊發現，液滴施加的應力會隨着液體向外擴散，而不是集中在液滴落下的中心。更驚人的是，液滴向外擴散的速度在短時間內甚至超過了音速，這個過程也產生了穿過固體表面的衝擊波。因此，每一滴液滴就如同一枚小型炸彈，爆髮式地釋放撞擊時的能量，由此產生的能量也使得固體表面逐漸被侵蝕。
這項研究的意義不僅在於理解液滴的力學性質，還有助於設計更加耐侵蝕的表面材料。程翔教授團隊正計劃進一步延伸這項研究，用於揭示不同的材料如何改變液滴釋放的能量。
程翔教授說：“隨着時間推移，雨滴仍能通過撞擊導致損壞。我們下一步的研究是分析我們能否減小液滴的剪切應力，從而最終設計出能減輕壓力的特殊表面。”
參考資料：
[1] Sun， TP。， Álvarez-Novoa， F。， Andrade， K。 et al。 Stress distribution and Surface shock wave of drop impact。 Nat Commun 13， 1703 （2022）。 https：//doi.org/10.1038/s41467-022-29345-x
[2] New study solves mystery of how soft liquid droplets erode hard surfaces。 Retrieved Mar 31st， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/948238
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