Parecido al efecto Leidenfrost visto en gotitas de agua hirviendo rápidamente, un disco de hielo se vuelve altamente móvil debido a una capa de agua levitante entre él y la superficie lisa sobre la que descansa y se derrite. La rotación y traslación deslizamiento al azar de lo contrarioel bloque de hielo se puede dirigir controlando la dinámica de flujo del hielo derretido convertido en agua cerca de la superficie del disco.
Mientras intentaba preparar un experimento para estudiar las propiedades de adhesión del hielo, Stéphane Dorbolo, investigador principal de FNRS en física organizado por la Université de Liège en Bélgica, dejó caer un bloque de hielo en forma de placa de Petri sobre el piso liso de concreto.Su movimiento inusual, al adquirir una rotación aparentemente aleatoria a medida que se movía por el piso, llevó a Dorbolo a investigar más a fondo, donde sus resultados finales sobre la levitación del hielo se publican en el diario de esta semana Física de fluidos , por publicación AIP.
"La historia fue completamente diferente debido a este accidente", dijo Dorbolo. "La pregunta era, ¿por qué se mueve? Porque en realidad, es un procedimiento muy común: tienes un bloque de hielo y luego se derrite. Pero no lo hace.sucede, por ejemplo, en una placa de plástico. Solo sucede en una piedra muy plana, o en una placa de metal. Ese fue el comienzo ".
El área de contacto es mucho más pequeña en una pista de patinaje, entre el filo de una cuchilla de patinaje y el hielo, pero es por la misma razón que los bordes de la cuchilla del patín de hielo deben ser suaves y típicamente metálicos, en hockey y patinaje artístico, donde el movimiento es suaveesencial.
El área clave de interés en esta investigación fue la interfaz de fusión, donde la superficie que soporta un disco de hielo, ya sea piedra lisa y no porosa, metal o incluso una piscina de agua, suministra calor relativo y derrite rápidamente el hielo.
Dorbolo y su equipo estudiaron previamente la dinámica de tal disco de hielo derritiéndose mientras descansaba sobre la superficie líquida del agua. Estos movimientos del hielo están gobernados por diferentes interacciones que si el hielo descansara sobre una superficie sólida, pero las investigaciones demostraron queun paso inicial más simple y dio una idea de la dinámica de cómo fluye el agua recién derretida del hielo.
"La idea principal era estudiar la fusión del disco de hielo en un plato, pero comenzamos estudiando el disco de hielo en un baño", dijo Dorbolo. "En realidad, cuando volvimos a la fusión del disco de hielo en un platodescubrimos un mecanismo completamente diferente "
El efecto se asemeja al efecto Leidenfrost, el foco de numerosos videos de YouTube con gotas de agua "caminando" y "bailando" mientras flotan sobre superficies lisas lo suficientemente calientes como para hervir rápidamente la parte inferior de las gotas. La ebullición rápida produce un colchón de levitación devapor vapor entre la gota y la superficie de calentamiento, lo que aumenta la movilidad de la gota.
"Significa que debe tener un depósito térmico, como la piedra o la placa metálica, para derretir el hielo lo suficientemente rápido", dijo Dorbolo. "Por lo tanto, el flujo de fusión es importante. Si no es suficiente, no tiene estopelícula lubricante entre el disco y la placa y no puede moverse. Es por eso que dijimos que era similar al efecto Leidenfrost ".
Dorbolo señaló cuidadosamente que el colchón de líquido levitante de sus discos de hielo no era exactamente análogo al efecto flotante que sentían las gotas de Leidenfrost, aunque su interés en controlar el movimiento era común en muchos experimentos de gotas.
La configuración sólido-líquido-sólido de este fenómeno, a diferencia de la del líquido sólido-gas en el caso de las gotas, llevó al equipo a centrarse en la salida de agua del hielo que se derrite continuamente para investigar el control del movimiento del disco.
"Usted tiene un disco y debe derretirse lo suficientemente rápido como para tener esta película de lubricación entre el disco y la placa, y luego debido a esta lubricación, el disco de hielo es muy móvil. Entonces, si no controla la fusión, ustedverá el bloque de hielo moverse ", dijo Dorbolo
Si controla el derretimiento, o más específicamente el flujo del hielo derretido cerca del disco, el equipo demostró que el movimiento final de giro y deslizamiento de los discos de hielo podría ser sostenido y dirigido.
Este control se logró, esencialmente, en forma de un pequeño agujero que el equipo de Dorbolo hizo en la superficie de la placa de metal, cerca del hielo flotante. El agujero conduce a una tubería de salida, que actúa como un depósito a través del cual el agua escapa continuamentedespués de derretir el metal termalizado. Para contener aún más el flujo de agua, el equipo también usó una cuidadosa colocación de vaselina en la placa.
Rastrearon el movimiento de un determinado disco de hielo formado en placa de Petri utilizando una elipse negra congelada en la parte superior del hielo, fotografiada por una cámara durante el experimento. El contraste y la forma asimétrica permitieron un control preciso del movimiento lineal y rotativo delos discos que el grupo de Dorbolo luego analizó en relación con otros datos, como la temperatura y los caudales.
Sus hallazgos ofrecen información sobre los mecanismos precisos del movimiento y qué factores impulsan los movimientos, como el grosor de la capa de agua o la dirección del flujo circular alrededor del borde del disco. Los científicos también destacan cómo se comparan los efectos líquidos conlos efectos de vapor análogos en las gotas en el efecto Leidenfrost más ampliamente estudiado.
Aunque el proyecto diverge del objetivo principal de investigación de Dorbolo, reconoce muchas formas posibles de seguir el estudio, ya sea cambiando la forma del hielo o la estructura de la superficie de la placa para afectar la dinámica del flujo. También dijo con confianza: "La gente lo harátener ideas "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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