La física verifica experimentalmente una ecuación conocida desde hace 40 años

Por décadas, los investigadores han usado ecuaciones que fueron derivadas a mediados de los años 1970s para una variedad de aplicaciones de fluidos en donde hay por ejemplo, tintas, espumas y burbujas, entre otros materiales. Estas ecuaciones fundamentales de los fluidos describen qué tanta fuerza se requiere para jalar una partícula sólida de una superficie líquida. Y aunque estas ecuaciones ya habían sido confirmadas experimentalmente para partículas del tamaño de milímetros, la confirmación al nivel de micrómetros nunca había sido dada.

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Buscando cerrar la brecha, los investigadores de un nuevo estudio -por primera vez- midieron simultáneamente la fuerza de capilaridad en una sola micropartícula mientras veían la forma del menisco del líquido que se forma debajo de la partícula, la cual trata de jalar la partícula al líquido. Los resultados experimentales verificaron las ecuaciones de 1970 para micropartículas.

Los investigadores, liderados por Hans-Jurgen Bütt, del Instituto Max Planck para la investigación de polímeros de Mainz, Alemania, publicaron un artículo de sus resultados experimentales en el número más reciente del Physical Review Letters.

El comportamiento de las partículas en superficies líquidas tiene muchas aplicaciones y ha sido largamente estudiado, al menos para partículas hasta de 0.3 mm de diámetro. Una de esas micropartículas es jalada fuera del líquido, formando un menisco entre la partícula y la superficie líquida, creando una fuerza capilar que trata de jalar la partícula de nuevo a la superficie. A una escala macroscópica, la gravedad suele jugar un rol importante halando la partícula hacia abajo a la superficie líquida. Los experimentos también mostraron que, cuando una macropartícula se jala hacia arriba de la superficie, puede deslizarse alrededor de la superficie con un menisco que se desliza debajo de ella.

Sin embargo, las cosas a microescalas son diferentes, pues la gravedad no parece tomar un valor significativo comparado con las fuerzas capilares. Como no ha habido muchos experimentos con micropartículas, muchas preguntas estaban aún sin contestarse. Algunas de ellas incluían el determinar cómo al fuerza de capilaridad y la forma del menisco están relacionados, así como su las micropartículas podían deslizarse en la superficie como lo hacen las macropartículas.

En sus experimentos, los investigadores, usando técnicas microscópicas avanzadas, midieron tanto la capilaridad como el ángulo de contacto entre la micropartícula y el menisco cuando ésta se desplazaba fuera del fluido.

Y aunque los resultados experimentales verificación las ecuaciones fundamentales de los fluidos para las micropartículas en general, también se hallaron algunas sorpresas: Por ejemplo, a diferencia de las macropartículas, la línea de contacto entre la micropartícula y la superficie líquida parece estar clavada hacia abajo en la mayoría de los procesos cuando la micropartícula se despega deslizándose en la superficie.

Los investigadores esperan que sus resultados sean útiles para muchas aplicaciones que involucran la capilaridad como fuerza de las micropartículas en superficies líquidas.

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