¿La mejor forma para reducir la salpicadura de una gota?

Nuestra máquina de café atrapa el último par de gotas, después de que su taza se retira en una forma para reducir el chapoteo de las gotas de café.

Estas formas se colocan dentro del depósito de derrames.
La forma utilizada por nuestra máquina de café es la forma nr 2 con la gota cayendo en la posición 1, esto funciona bien pero no es perfecto.
¿Qué forma sería aún mejor para este propósito? ¿Y en qué posición debe caer la gota?

He incluido algunas formas que se me ocurrieron, pero estoy abierto a otras sugerencias.

La imagen muestra una versión 2D de las formas, las primeras 2 formas tienen forma de cono y las últimas 2 tendrían que estar abiertas en los extremos (o lados) para liberar el café en el depósito de derrames.

4 el uno! ¡llevará gotas en él y las gotas fluirán hacia el espacio!
yo voto por el 4to
Sugeriré las opciones 3 y 4 (o 2-2). 3º (3-1) y 4º son increíbles. Como las formas tienen un camino casi igual al de la gota que cae, será arrastrada deslizándose hacia el fondo y por lo tanto --> aterrizaje fácil ... Tadaaa ;-)
Para la pregunta de cómo rediseñar esta máquina, creo que debe tener en cuenta que las formas 3 y 4 se llenarán y, por lo tanto, darán diferentes salpicaduras con el tiempo. Además, existe una estrategia adicional: atrapar el chapoteo. Una forma de pecera funcionaría perfectamente bien para eso.

Respuestas (2)

Las otras respuestas pueden ser correctas, pero las afirmaciones de que la solución a esto es "obvia" para un fluido real son, en mi opinión, cuestionables.

Sin embargo, la gente ha estudiado problemas similares empíricamente. Véase, por ejemplo, el documento de 2009 "Experimental Splash Studies of Monodisperse Sprays Impacting Variously Shaped Surfaces" de Yoon, et al. (DOI: 10.1080/07373930802606188 ).

No es simplemente "obvio", sino que se fundamenta en el hecho de que la energía cinética de la gota se convierte completamente para romper la gota en caso de impacto en ángulo recto. Si no está de acuerdo, por favor levante sus objeciones. ¿O solo leíste la primera palabra?
Véase, por ejemplo, "Efecto del ángulo de impacto sobre el resultado del impacto de una sola gota de agua sobre una superficie de agua plana" de Okawa et al. (DOI: 10.1007/s00348-007-0406-z). Su argumento no es inválido, pero es simplemente sugerente para algo tan complejo como la dinámica de salpicadura de un fluido real.
no hay necesidad de cálculos complejos para ver que para mantener la gota intacta, en ningún momento debe haber una fuerza que actúe sobre la gota que exceda su tensión superficial.
Ambos documentos son experimentales (sin cálculos complejos).

Obviamente, el mayor número de salpicaduras se producirá cuando el impacto se produzca en ángulo recto. Esto se debe a que en tal impacto toda la energía cinética de la gota en un momento pasa a las fuerzas dirigidas en diferentes direcciones y rompe la gota.

Por el contrario, la menor cantidad de salpicaduras se producirá cuando la gota impacte en un ángulo estrecho. En este caso la gota continúa deslizándose sobre la superficie y mantiene su integridad mientras la energía cinética se transforma lentamente en calor debido a la fricción. La tensión superficial mantiene intacta la gota porque todas las partes de la gota mantienen la misma dirección de movimiento.

Como tal, recomendaría una forma que se encuentre con la caída en el lugar de impacto más probable con un ángulo descuidado. Evidentemente, tal forma no debería ser simétrica (porque todas las funciones pares tienen derivada cero en cero).

La única variante tuya que tiene tal propiedad es la cuarta. Además, cambia el vector de velocidad de la gota en la dirección correcta para que cualquier splache que pueda ocurrir vaya a la derecha, donde tiene un borde que cubre el mayor ángulo posible de salpicadura que todas las demás variantes.

La curvatura de la pendiente debe ser tal que la cantidad de energía convertida en calor sea uniforme a lo largo de la trayectoria de la gota y la presión nunca supere la tensión superficial. Entonces, cuando la gota tiene la velocidad más alta, el ángulo entre las fuerzas que actúan sobre la gota (inercia y gravedad combinadas) y la superficie debe ser el más pequeño, pero mientras la gota se desacelera, el ángulo se desacelera, el ángulo debe aumentar para mantener la componente que es perpendicular a la constante de superficie.

La cuarta imagen satisface aproximadamente este criterio.

Así la cuarta variante en el mejor.

Aceptado hasta que a alguien se le ocurra una forma mejor :D
Hola Anixx. ¿Qué opinas del 3-1? Es casi lo mismo que 4, pero con una pendiente algo menos ancha . El camino sigue siendo más o menos el mismo. Creo que también podría cumplir la condición. ¿Me equivoco con el depósito? ;-)
@Crazy Buddy Tiene varias desventajas: el lugar del primer golpe es más alto (y como tal, la posibilidad de que las salpicaduras del primer golpe sobrepasen el borde es mayor), también la pendiente en el lugar del primer golpe tiene mayor ángulo con el vector de velocidad, por lo que la explosión en el primer golpe será mayor, también la pendiente general es más corta y más empinada, por lo que existe la posibilidad de que la caída no sea lo suficientemente lenta hasta el punto más bajo donde el ángulo de ataque vuelve a aumentar abruptamente, lo que brinda la posibilidad de otro estallido.
Tenga en cuenta también que incluso si la gota todavía tiene una alta velocidad en la parte más a la derecha de la trayectoria en la figura 4, por lo que habrá un estallido, las salpicaduras prácticamente no tienen posibilidad de escapar: casi todas las líneas rectas dibujadas desde el vértice de la curva terminar en la frontera. Dado el carácter parabólico de la trayectoria de las salpicaduras, su posibilidad de escapar es aún menor.
Hmm... Eso tiene sentido. Definitivamente estoy de acuerdo en que el #4 es más eficiente que cualquier otro. Si la gota cayó ligeramente hacia adentro (cerca del fondo), se puede considerar eficiente. ¿no es así?
¿La mejor forma para reducir la salpicadura de una gota?
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