Twents onderzoek toont aan hoe een ring van koffie ontstaat als een druppel koffie verdampt. De veroorzaker is een plotselinge lawine van deeltjes bij de rand aan het einde van de verdamping.

Het onderzoek gebruikte microscopen met daaraan videocamera’s vastgemaakt. Deze observeerden een verdampende druppel koffie op een glasplaat. Zoals al in 1997 is aangetoond door de Amerikaanse onderzoeker Rob Deegan in Nature, stromen vaste koffiedeeltjes tijdens het verdampen naar de rand van de druppel. Zo ontstaat een ring van koffie, en niet een egaal oppervlak. Het Twentse onderzoek laat zien hoe dit nou precies gebeurt.

Een van de onderzoekers, Hanneke Gelderblom, presenteerde het onderzoek vorige week dinsdag op het nationale natuurkundecongres van de stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie in Veldhoven. ‘Wat opvalt, is dat de kring echt op het allerlaatste moment ontstaat’, legt ze uit. De beelden van het experiment laten zien dat de deeltjes eerst rustig naar de rand stromen, waar ze een kristalachtige structuur vormen. Vlak voor het einde van de verdamping raakt de toevoer van deeltjes naar de rand plotseling in stroomversnelling. Deze ‘file van deeltjes’, aldus Gelderblom, zorgt voor een rommelige structuur.

'Koudwaterkoraalriffen zijn de regenwouden van de oceaan'
LEES OOK
'Koudwaterkoraalriffen zijn de regenwouden van de oceaan'

Waarom de deeltjes überhaupt naar de rand stromen, legt het artikel van Deegan uit. De cruciale oorzaak is dat de rand van de druppel vastgepind is aan het oppervlak waar het op ligt. Tijdens het verdampen verschuift de rand dus niet, en de druppel kan alleen in de hoogte krimpen. Dit veroorzaakt dat deeltjes van het midden van de druppel naar de rand toe gaan stromen.

Gelderblom en collega’s gebruikten Deegans model, dat de beweging van de deeltjes in de druppel beschrijft, om te berekenen dat inderdaad pas op het laatste moment een grote stroom deeltjes ontstaat. De berekening komt dus goed overeen met de waarnemingen uit het experiment.

De Twentse onderzoekers zijn met hun film in de prijzen gevallen tijdens de jaarlijkse Gallery of Fluid Motion (website helaas niet erg up-to-date) wedstrijd van het tijdschrift Physics of Fluids.

Floris Olsthoorn