Los charcos lodosos y lodosos creados por las tormentas de verano deben sus límites a las inmersiones en el pavimento o el suelo. Pero si un vaso de vino se derrama sobre una encimera (hipotéticamente) perfectamente plana, ¿qué impide que el charco se extienda para siempre? Hasta ahora, la descripción de los físicos de los flujos de fluidos realmente no podía explicar por qué se detienen los charcos.
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts tienen la respuesta, informa Charles Q. Choi para Inside Science .
Usando el modelo clásico, los físicos describirían la dispersión de líquidos como resultado de una "competencia entre la gravedad y la tensión superficial", escribe Choi. La gravedad arrastra el líquido hacia abajo y extiende el charco, mientras que la tensión superficial, donde las moléculas se unen fuertemente entre sí, hace que las gotas se acumulen.
Pero mientras que el modelo clásico se puede usar para explicar la forma final de un charco, no explica cómo comenzó a extenderse el charco en primer lugar. Los cálculos, en cambio, implican que las fuerzas en el borde del charco serían demasiado fuertes para permitir la propagación. “Dentro de una vista macroscópica de este problema, no hay nada que impida la propagación del charco. Aquí falta algo ", explica Amir Pahlavan, un estudiante graduado en el MIT en un comunicado de prensa.
Claramente, los charcos se extienden, por lo que los físicos modifican su modelo para explicar por qué. Michael Schirber escribe para APS Physics :
Una solución popular es asumir que una película microscópica delgada recubre la superficie por delante del charco. Dichas películas precursoras se han observado en charcos que se expanden por completo hasta convertirse en una lámina plana delgada, el llamado caso de "humectación completa", pero no pueden explicar los charcos que se extienden una corta distancia y luego se detienen (humectación parcial).
Ahora, Pahlavan y sus colegas han descubierto qué detiene el charco: las fuerzas que actúan a nanoescala. Los investigadores consideraron una película de líquido de menos de 100 nanómetros de espesor, donde comienza a actuar algo llamado fuerza de van der Waals. Esta interacción describe un fenómeno en el que la nube de electrones que zumba alrededor de un átomo fluctúa aleatoriamente y su carga tiende a acumularse en un área de una molécula, creando áreas ligeramente positivas y ligeramente negativas. Las moléculas vecinas hacen lo mismo, con el resultado de que las moléculas son atraídas o repelidas entre sí.
Estas fuerzas, que actúan dentro del líquido, el aire alrededor del charco y la superficie sobre la que se asienta el charco son suficientes para evitar que el charco se extienda, independientemente de su tamaño. Los investigadores publicaron sus resultados en la revista Physical Review Letters .
Su modelo podría tener aplicaciones para varias cosas, desde cómo enfriar la electrónica haciendo fluir líquido sobre ellas hasta secuestrar dióxido de carbono bajo tierra (algunos planes incluyen inyectar un líquido cargado de dióxido de carbono en roca porosa). Pero para esas aplicaciones, los investigadores necesitarán expandir el modelo para explicar cómo fluyen los líquidos sobre superficies rugosas. "Una superficie real nunca es completamente plana y lisa", le dice Pahlavan a Choi para Inside Science . "[T] siempre hay algo de rudeza a tener en cuenta, lo que hace que surjan muchas características nuevas".
