כולנו יודעים שמים ושמן לא מתערבבים, אבל מים עם מים מתערבבים מצוין. לכן, נצפה שטיפת מים הפוגעת בשלולית תתמזג איתה ברגע הפגיעה. מתברר שבכל פעם שיש גשם, או כשגלים פוגעים בשובר גלים ואפילו כשאנחנו מוזגים חלב לתוך כוס הקפה שלנו בבוקר, מתרחשת תופעה מרתקת ומפתיעה שכמעט תמיד נשארת סמויה מן העין.
הראשון שחקר את תופעת ההתמזגות היה לורד ריילי, שערך ניסויים רבים עם טיפות מים וראה שבמקרים מסוימים טיפה יכולה לנתר מפני המים ממש כמו כדור [1]. ריילי ניסה לאפיין את התופעה המוזרה ולאחר סדרה ארוכה של ניסויים, הגיע למסקנה שבין הטיפה לבין פני המים ישנה שכבה דקה של אוויר שמתנקזת לאט ולא מאפשרת לטיפה להתמזג מיד עם המים. היום אנו יודעים שטיפה צריכה להתקרב לפני המים למרחק של כעשירית מיקרון (אלפית מעובי של שערה). זאת מכיוון שבמרחק זה, מתחילים לפעול כוחות משיכה חשמליים הנקראים כוחות ואן דר ואלס, שמתחילים את תהליך ההתמזגות. ככל שהמרחק בין הטיפה לפני המים קטן, כך קשה יותר לנקז את שכבת האוויר הכלוא ביניהם ולכן הטיפה (בהנחה שהמערכת נקייה מזיהומים) יכולה “לשבת” על פני המים, לפעמים דקות ארוכות, מבלי להתמזג.
בשנת 1960 שני חוקרים קנדים (ג. צ’ארלס ו ס. מאסון) בנו מערכת המורכבת משכבת בנזין שצפה על שכבת מים, “והפילו” טיפות מים קטנות לתוך שכבת הבנזין [2]. מכיוון שמים יותר צפופים מבנזין, הטיפות שקעו עד שהגיע לשפת המים, ומכיוון שלבנזין צמיגות גבוהה יותר מלאוויר, לשכבת הבנזין לקח יותר זמן להתנקז – כמו שדבש יתנקז לאט יותר ממים. ניסוי זה איפשר לצ’ארלס ומאסון לחקור את תהליך ההתמזגות בצורה הרבה יותר מפורטת, עם מצלמה מהירה (בסטנדרטים של שנות ה-60), ועל הדרך לגלות תופעה שאף אחד לא ציפה לראות.
בחלק הראשון של הניסוי הכל התנהג כמצופה והטיפה נשארה זמן מה על פני המים בלי להתמזג. לאחר שניקוז שכבת הבנזין הושלם ותהליך ההתמזגות החל, הטיפה נבלעה בגוף המים, אך במקומה “נפלטה” טיפה קטנה יותר – כמחצית מגודל הטיפה המקורית – ששוב שקעה עד אשר התיישבה על פני המים כמו קודם. כעת קיבלנו ניסוי זהה לניסוי המקורי רק עם טיפה קטנה יותר שגם היא התמזגה (לאחר זמן מה) עם פני המים שפלטו טיפה עוד יותר קטנה, עם קוטר הקטן בחצי מהטיפה השנייה. תהליך זה חזר על עצמו לפחות שמונה פעמים (אם היו מחזורים נוספים, הטיפה בהם הייתה קטנה מכדי שניתן יהיה להבחין בה במצלמה), כאשר הזמן בין ההתמזגות של הטיפה המקורית לבין פליטת הטיפה השניה היה כחמישית השניה.  זמן זה הלך והתקצר בין טיפה לטיפה.
עם השנים, הטכנולוגיה השתפרה ובשנת 2000 מפל ההתמזגות נצפה עבור מערכת של מים ואוויר וגם עבור מערכת של אלכוהול ואוויר [3]. הפעם, התופעה התרחשה בקצב הרבה יותר מהיר – בגלל הצמיגות הנמוכה של האוויר – ונדרשה מצלמה עם קצב צילום של 44500 תמונות בשניה כדי לתעד את הניסוי (מומלץ לצפות בסרטון בתגובה הראשונה). מעקב אחר הטיפה בקצב צילום כל כך גבוה, עזר לחשוף את הדינמיקה מאחורי מפל ההתמזגות.
כמו שתיארנו קודם, כאשר טיפה מתקרבת למרחק של עשירית מיקרון משפת הנוזל, כוחות ואן דר ואלס נכנסים לפעולה ומחברים בין שפת הנוזל לטיפה באופן כמעט מידי. ההדף מהחיבור הפתאומי שולח גל קפילרי – גל שמתקדם לאורך שפת הנוזל ומונע על ידי מתח פנים – במעלה הטיפה. בו זמנית, הלחץ בתוך הטיפה דוחף את הנוזל הכלוא בתוכה לתוך גוף המים. אם צמיגות הנוזל לא גבוהה מדי, הגל הקפילרי מספיק להגיע לראש הטיפה (שכעת כבר יותר מזכירה עמוד קטן של נוזל), מה שמקנה לה מהירות אנכית כלפי מעלה וגורם להתנתקות של טיפה שניונית שנקראת “טיפת לוויין”. לעומת זאת, עבור נוזל מאד צמיג, הגל הקפילרי דועך לפני שהוא מגיע לראש הטיפה, ובמקרה זה לא נוצרת טיפת לוויין ומתרחשת התמזגות מלאה.
מפל ההתמזגות הוא תופעה כל כך נפוצה, שרוב הסיכויים שהוא התרחש מול עיניכם היום מספר פעמים מבלי ששמתם לב. עבור טיפה של מים, מפל התמזגות עם שישה מחזורים לוקח פחות מרבע שנייה (!), כך שלא מפתיע שלא היה לנו מושג שתופעה כל כך קסומה ומיוחדת מתרחשת סביבנו כמעט מדי יום.
לתהליך ההתמזגות יש חשיבות רבה בהמון תחומים טכנולוגיים ומדעיים, החל מהיווצרות טיפות גשם בעננים [4], הפרדה של מים ושמן מתוך תחליב (אמולסיה) בתהליכים תעשייתיים [5], ועד ייצור קרמים ומוצרי קוסמטיקה שונים. אך גם ללא כל השימושים האלה, מפל ההתמזגות מהווה תופעה כל כך יפה ומפתיעה, ששווה לחקור אותה – אפילו רק בשל ההנאה שבתהליך.

לקריאה נוספת ומקורות: