A nyári esőzések által előidézett hanyag, sáros pocsolyák határaik a járdán vagy a talajban levő mélyedésekre hárulnak. De ha egy pohár bor kiöml egy (hipotetikusan) tökéletesen sima munkalapra, mi akadályozza meg a pocsolya örökké terjedését? Eddig a fizikusok folyadékáramának leírása nem tudta igazán megmagyarázni, hogy miért áll meg a pocsolya.
A választ a Massachusettsi Technológiai Intézet kutatói válaszolják - jelentette ki Charles Q. Choi az Inside Science számára .
A klasszikus modell alkalmazásával a fizikusok a folyadékterjedést a „gravitáció és a felületi feszültség közötti verseny eredményeként” írnák le. A gravitáció lehúzza a folyadékot és eloszlatja a pocsolyt, míg a felületi feszültség, ahol a molekulák szorosan egymáshoz lógnak, cseppek felgyulladását okozza.
De bár a klasszikus modell felhasználható a pocsolya végső alakjának megmagyarázására, ez nem magyarázza meg, hogy a pocsolya hogyan kezdett elterjedni. A számítások inkább azt sugallják, hogy a pocsolya szélén lévő erők túl erősek lennének ahhoz, hogy egyáltalán elterjedjenek. „A probléma makroszkopikus nézetében semmi sem akadályozza meg a pocsolya terjedését. Itt hiányzik valami ”- magyarázza Amir Pahlavan, a MIT végzős hallgatója a sajtóközleményben.
Nyilvánvaló, hogy a pocsolya elterjed, tehát a fizikusok finomítják modelljüket, hogy megmagyarázzák miért. Michael Schirber az APS Physics számára írja:
Az egyik népszerű megoldás az, ha feltételezzük, hogy egy vékony mikroszkopikus film bevonja a felületét a pocsolya előtt. Ilyen prekurzor filmeket figyeltünk meg olyan pocsolyák esetében, amelyek teljesen kinyílnak egy vékony, lapos lapra - az úgynevezett „teljes nedvesedés” esetére -, de nem tudják megmagyarázni azokat a pocsolyákat, amelyek rövid távolságra terjednek, majd megállnak (részleges nedvesítés).
Pahlavan és kollégái most rájöttek, hogy mi akadályozza meg a pocsolyát - a nanoskálán fellépő erők. A kutatók 100 nanométernél rövidebb folyadékréteggel foglalkoztak, ahol a van der Waals erőnek nevezett film elkezdi hatni. Ez az interakció azt a jelenséget írja le, amikor az atom körül véletlenszerűen ingadozó elektronok felhője ingadozik, és töltésük hajlamos a molekula egyik területén halmozódni, kissé pozitív és kissé negatív területeket hozva létre. A szomszédos molekulák ugyanezt teszik, aminek eredményeként a molekulákat egymás vonzzák, vagy visszautasítják.
Ezek a folyadékban, a pocsolya körüli levegőben és a tócsa felületén elhelyezkedő erők elegendőek ahhoz, hogy megakadályozzák a pocsolya terjedését, méretétől függetlenül. A kutatók eredményeiket a Physical Review Letters folyóiratban tették közzé.
Modelleik számos szempontból alkalmazhatók, az elektronikus hűtéstől azáltal, hogy folyadékot áramolnak rajtuk keresztül, a szén-dioxid föld alatti elkülönítéséig (egyes tervek között szerepel egy szén-dioxiddal terhelt folyadék bejuttatása a porózus kőzetbe). De ezekben az alkalmazásokban a kutatóknak ki kell terjeszteni a modellt, hogy elmagyarázzák, hogyan folynak folyadékok a durva felületeken. „Az igazi felület soha nem lehet teljesen sima és sima” - mondta Pahlavan Choi-nak az Inside Science számára . "[T] itt mindig van néhány durva szem előtt tartás, ami számos új vonás felmerülését okozza."
