Le pozzanghere sciatte e fangose create dai temporali estivi devono i loro confini alle immersioni in pavimentazione o terreno. Ma se un bicchiere di vino si rovescia su un piano di lavoro (ipoteticamente) perfettamente piatto, cosa impedisce alla pozzanghera di espandersi per sempre? Fino ad ora, la descrizione dei fisici dei flussi di fluidi non poteva davvero spiegare perché le pozzanghere si fermassero.
I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno la risposta, riferisce Charles Q. Choi per Inside Science .
Usando il modello classico, i fisici descrivono la diffusione del liquido come il risultato di una "competizione tra gravità e tensione superficiale", scrive Choi. La gravità tira giù il liquido e diffonde la pozzanghera, mentre la tensione superficiale, dove le molecole pendono strettamente l'una dall'altra, fa gocciolare le goccioline.
Ma mentre il modello classico può essere usato per spiegare la forma finale di una pozzanghera, non spiega come la pozzanghera abbia iniziato a diffondersi in primo luogo. I calcoli invece implicano che le forze sul bordo della pozzanghera sarebbero troppo forti per consentire la diffusione. “In una visione macroscopica di questo problema, non c'è nulla che impedisca alla pozzanghera di diffondersi. C'è qualcosa che manca qui ”, spiega Amir Pahlavan, uno studente laureato al MIT in un comunicato stampa.
Chiaramente, le pozzanghere si diffondono, quindi i fisici modificano il loro modello per spiegare il perché. Michael Schirber scrive per APS Physics :
Una soluzione popolare è supporre che un sottile film microscopico ricopra la superficie davanti alla pozzanghera. Tali film precursori sono stati osservati per pozzanghere che si espandono completamente in un sottile foglio piatto - il cosiddetto caso "bagnatura completa" - ma non possono spiegare pozzanghere che si diffondono a breve distanza e poi si fermano (bagnatura parziale).
Ora, Pahlavan e i suoi colleghi hanno capito cosa impedisce alle pozzanghere: le forze che agiscono su scala nanometrica. I ricercatori hanno considerato un film di liquido di spessore inferiore a 100 nanometri, in cui qualcosa chiamato la forza di van der Waals inizia ad agire. Questa interazione descrive un fenomeno in cui la nuvola di elettroni che ronza attorno a un atomo fluttua casualmente e la loro carica tende ad accumularsi in un'area di una molecola, creando aree leggermente positive e leggermente negative. Le molecole vicine fanno lo stesso, con il risultato che le molecole sono attratte o respinte l'una dall'altra.
Queste forze, che agiscono all'interno del liquido, l'aria attorno alla pozzanghera e la superficie su cui si trova la pozzanghera sono sufficienti per impedire alla pozzanghera di diffondersi, indipendentemente dalle sue dimensioni. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Physical Review Letters .
Il loro modello potrebbe avere applicazioni per una serie di cose, da come raffreddare l'elettronica scorrendo il liquido su di esse al sequestro di anidride carbonica sotterranea (alcuni piani includono l'iniezione di un liquido carico di biossido di carbonio nella roccia porosa). Ma per quelle applicazioni, i ricercatori dovranno espandere il modello per spiegare come i liquidi scorrono su superfici ruvide. "Una superficie reale non è mai completamente piana e liscia", dice Pahlavan a Choi per Inside Science . "[T] ecco sempre alcune asperità da tenere in considerazione, che fanno nascere molte nuove funzionalità."
