Un tazón de agua rociado con hojuelas de pimienta se encuentra listo en la encimera de la cocina de Mahesh Bandi. Bandi, profesor de física en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, moja la punta de un palillo con jabón líquido, diversión escritaen su rostro, y pregunta a sus invitados a la cena sus predicciones: ¿qué harán los copos cuando el jabón se encuentre con la superficie del agua?
Toca el palillo con el agua; de repente, los copos huyen del centro del cuenco. Este es solo un ejemplo muy simple del efecto Marangoni, que Bandi estudia dentro de su laboratorio en la Unidad de Interacciones Colectivas de OIST.
Informado ya en 1686, el fenómeno es el resultado de una diferencia en la tensión superficial: la calidad que hace que una superficie líquida se comporte como si fuera una membrana elástica estirada. La sustancia con mayor tensión superficial tira más fuerte que la que tienetensión superficial más baja, tirando del flujo de líquido hacia ella.
James Thomson, el hermano mayor del físico Lord Kelvin, describió el fenómeno en 1855 como "los movimientos curiosos comúnmente observados en la película del vino adherido al interior de una copa de vino". La misma fuerza permite a los zancudos deslizarse a lo largola superficie de un estanque y, como demuestra Bandi, hace que los copos se muevan a través del agua. Sin embargo, a pesar de su ubicuidad, el efecto Marangoni es esquivo.
"Se puede ver en su cocina, pero es muy difícil de cuantificar", dijo Bandi. En un nuevo estudio publicado en la revista Cartas de revisión física él y sus colegas presentan un método para hacer esto mediante el estudio del fenómeno a través de tres mediciones independientes diferentes.
El jabón líquido hace varias cosas cuando toca un tazón de agua: parte se extiende sobre la superficie del agua, mientras que otra comienza a disolverse en el agua. Los investigadores descubrieron que estos factores, que juntos constituyen el efecto Marangoni, pueden ocurriren diferentes grados.
Bandi y sus colegas trabajaron a partir de un modelo matemático desarrollado por el profesor de la Universidad de Brown, Shreyas Mandre, que predice cómo un líquido como el agua interactúa con un surfactante, un líquido como el jabón o el detergente, que tiene una tensión superficial más baja, introducido en su superficieUsando una sala limpia hecha a medida, los científicos de OIST realizaron varios experimentos para confirmar las predicciones de cómo interactuarían los líquidos.
Para mostrar el movimiento del líquido, los investigadores usaron un recipiente rectangular lleno de agua. Luego, usaron una jeringa para depositar el tensioactivo, que también contiene pequeñas partículas, en la interfaz aire-agua, la superficie exacta del agua.
Los investigadores visualizaron la velocidad de los dos líquidos usando una técnica llamada Velocimetría Doppler Láser, que detecta los cambios en la frecuencia de las ondas de luz cuando un rayo láser los golpea. Verificaron sus resultados con dos métodos adicionales. Los científicos midieron el surfactantese extendió a través de la capa límite y hacia el agua subyacente. También midieron el "esfuerzo cortante" o la intensidad con la cual el surfactante arrastra el agua.
Los investigadores descubrieron que usando su modelo, podían predecir de cerca la velocidad a la que se extendía un surfactante. Sus hallazgos se ajustan a uno de dos escenarios: dependiendo de si el surfactante se disolvió o no fácilmente, se difundió al agua más o menos rápidamenteque se extendió por la superficie del agua.
El trabajo anterior había sugerido que un surfactante se disuelve en agua más rápido de lo que se extiende por la superficie, pero el nuevo estudio demuestra una imagen más compleja de cómo la disolución y la propagación del surfactante afectan el fenómeno.
Los investigadores descubrieron que esta medida dependía de si el tensioactivo se disolvió o no fácilmente. De ser así, se difundió en el agua más rápidamente de lo que se extendió por su superficie, y si no, se difundió menos rápidamente de lo que se extendió.
El estudio da otro paso hacia la comprensión de un fenómeno complejo y dinámico.
"La teoría es una aproximación de la realidad, pero el mundo real es desordenado", dijo Bandi. Aun así, él y sus colaboradores pudieron predecir el comportamiento de los líquidos en el mundo real, "prueba de que la teoría funciona."
Video: http://vimeo.com/251442584
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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