Al hacer su diligencia debida, limpiar su equipo de laboratorio, el físico de fluidos Stoffel Janssens de la Unidad de Materia Suave Matemática en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, Okinawa, Japón, se dio cuenta de la interacción inusual entre el agua y la acetonagotas que flotan sobre la superficie del agua cuando las gotas llegaron al desagüe.
"Me di cuenta de que a veces, las gotas flotan brevemente sobre la superficie de un líquido antes de unirse con el líquido", dijo Janssens. "Estando intrigado por este fenómeno, realicé un estudio de literatura del que concluí que una delgada capa de gas entreuna gota y una superficie líquida pueden evitar la fusión ".
En otras palabras, lo que Janssens notó fue que las gotas de acetona no se mezclaban con el agua debido a su propia forma del efecto Leidenfrost, más comúnmente observado en gotas de agua en superficies sólidas calientes. En el caso del agua, las gotas flotan sobreSe formó una capa de vapor donde se encuentran con la superficie caliente. Janssens y sus colegas de OIST y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, ambos en Japón, estudiaron la dinámica de fluidos de esta interacción y de la autopropulsión común al efecto Leidenfrost quetiene su propio nombre, efecto Marangoni para aprender más sobre la mecánica subyacente. Sus sorprendentes resultados aparecen esta semana en la revista Física de fluidos , por AIP Publishing.
Normalmente, la acetona el componente principal en la mayoría de los quitaesmaltes y el agua son miscibles, lo que significa que, a diferencia del aceite y el agua, se mezclan y no se separan ni forman gotas cuando se mezclan.
"La acetona tiene un punto de ebullición de 56 C, muy por debajo del del agua, y por lo tanto se evapora fuertemente cuando se acerca a una superficie de agua caliente", dijo Janssens. "Supuse que una evaporación fuerte podría crear una capa de gas entre una gota de acetona yuna superficie de agua para suprimir la fusión "
Janssens y sus coautores utilizaron videografía de alta velocidad para estudiar la dinámica de las gotas a temperatura ambiente y sus mecanismos subyacentes, observando de cerca las variables como el tamaño de las gotas y la velocidad de las gotas autopropulsadas. Cuando lo hicieron, encontraron algunas inesperadascomportamientos.
"Después de analizar películas obtenidas con imágenes de cámara de alta velocidad, también noté que una gotita autopropulsada se sumerge gradualmente debajo de la superficie del agua no perturbada", dijo Janssens. "Esta inmersión comienza cuando una gotita tiene una velocidad horizontal de aproximadamente 14cm / s. Finalmente, después de medir cuidadosamente el desplazamiento de varias gotas, llegamos a la conclusión de que la inmersión causa resistencia ".
Descubrieron que las gotas de acetona se impulsarían por la superficie del agua hasta alcanzar una velocidad que los arrastraría debajo de la superficie, todavía en forma de gotas, donde luego experimentarían la resistencia del agua circundante.
"Este tipo de arrastre por inmersión, según nuestro conocimiento, no se describe en la literatura y es importante tenerlo en cuenta al medir el arrastre en pequeños objetos soportados por una interfaz de gas líquido", dijo Janssens ".Además, las criaturas que caminan en el agua, como las zancudas, las arañas acuáticas y los escarabajos errantes, podrían explotar el arrastre por inmersión para la locomoción ".
Más extraño aún, descubrieron que hasta el punto en que la gota cae debajo de la superficie, cuanto más rápido se mueve, más rápido se acelera.
"Observamos que una gota se acelera más rápido con el aumento de la velocidad horizontal hasta el punto en que ocurre la inmersión", dijo Janssens. "Este efecto inicial desbocado podría ser interesante para futuras investigaciones que implican autopropulsión impulsada por un efecto Marangoni".
Al comparar sus datos con modelos teóricos, Janssens y sus colegas desarrollaron una estrategia para estimar el grosor de la capa de vapor de apoyo de las gotas. Sin embargo, todavía hay mucho más que entender sobre el sistema inusual y el equipo de Janssens aún es difícil de entendertrabajar en esto
"Dado que hay muchos fenómenos en este trabajo que no se comprenden bien, hay mucho trabajo por hacer", dijo Janssens. "He controlado experimentos diseñados para profundizar nuestra comprensión de la no fusión".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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