Francisco R. Villatoro blogja
A folyadékfizika a tudomány egyik legszebb ága. A mindennapi dolgok, például a vízcseppek mozgása sík felületen, órákon át szórakoztathatják Önt. Különösen, ha két jól megválasztott keverhető folyadékból állnak, és feltűnő színűek. Táncosként táncolnak, hipnotikus koreográfiával. Varázslatnak tűnik, de fizikai.
A propilén-glikolból és a vízből álló cseppeknek nincs pontosan meghatározott érintkezési szöge a felszínnel, csak látszólag. Vékony folyadékréteg veszi körül őket, amely szabad szemmel nem látható. Ennek köszönhetően két csepp között erők vannak a felületi feszültség gradiensek miatt, amelyeket ezek a folyékony filmek párologtatnak meg. Folyékony dinamikus rendszer, amely sokféle viselkedést mutat, és alkalmazható a folyadék- és a mikrofluidikában.
A technikai cikk N. J. Cira, A. Benusiglio, M. Prakash, "Gőz által közvetített érzékelés és mozgás kétkomponensű cseppekben", Nature, AOP 2015. március 11., doi: 10.1038/nature14272. Számos média visszhangozta ezt a hírt, például Antonio Martínez Ron barátom, más néven @aberron, „Játszani cseppekkel: ajtó új folyékony alkalmazásokhoz”, Következő, Vozpópuli, 2015. március 11.
Javaslom, hogy nézze meg ezt a videót, különösen 06: 00-tól, ahol elmagyarázzák, hogyan kell megismételni a kísérleteket saját otthonában (ha van kedve hozzá, akkor nagyon egyszerű). A fizikatanárok élvezni fogják ezt, mivel könnyű kísérlet kevés laboratóriumban utánozni, kevés erőforrással. Az eredmények pedig látványosak.
Ez az ábra nagyon jól szemlélteti, hogy a kísérletben használt cseppeket hogyan vékony vékony film veszi körül. Ez a film erőket (kölcsönhatásokat) vált ki a cseppek között, amelyek különböző viselkedéshez vezetnek.
Ez a fázisdiagram két csepp (0,5 µl) vízzel és bizonyos arányú propilén-glikollal (% PG) való kölcsönhatásának különböző típusait mutatja be. Négy lehetséges magatartás létezik. Ahhoz, hogy jobban megértsem őket, ajánlom a fenti videó megtekintését (ha még nem látta). Például ebben a fázisdiagramon piros színnel jelenik meg a cseppek fúziója vagy koaleszcenciája; például a két sárga csepp az ábrán, amely megnyitja ezt a bejegyzést, 10% -os GP-vel rendelkezik. Egyébként, ha két különböző színű csepp egyesül (legyen az sárga vagy kék), akkor színváltozás (zöld) következik be. Egy másik példa a keveretlen tolóerő (ép hajsza), amely kék színnel jelenik meg a fázisdiagramon; például a kék (25% PG) és a narancs (1% PG) csepp az ábrán, amely megnyitja ezt a bejegyzést. Az egyik csepp keverés nélkül nyomja a másikat. És hasonlóan a másik két típusú interakcióhoz.
Nagyszámú (mikro) fluidikus eszköz fejleszthető. A szerzők egy spontán cseppbeállítót (az ábra felső része) és egy függőleges csepposzcillátort (az ábra alsó része) javasolnak. A vízszintes vonalzó 0,5 μl zöld cseppet használ 10% PG-vel, amelyeket véletlenszerű helyzetben, egymástól 5 mm-re helyeznek el, közöttük függőleges vonalakkal, finom pontjelzővel és állandó fekete tintával (Sharpie márka). A függőleges oszcillátorban kék (25% PG) és piros (1% PG) cseppeket használnak egy 4 mm-es függőleges sávban (a képkeretek egy másodpercre vannak egymástól).
Ez az ábra két másik eszközt mutat: egy kör alakú versenypályát (felül) és a felületi feszültség alapján osztályozót (alul). A kör alakú pályán a piros csepp (1% PG) és a kék (25% PG) 2,1 cm átlagos átmérőjű kerületben mozog (a három képet tíz másodperc választja el egymástól). Számos (Sharpie-jelölővel festett) üreget helyezünk a felületi feszültség osztályozóba, amely csökkenő koncentrációjú cseppeket tartalmaz: 30% PG (piros), 25% PG (narancssárga), 20% PG (sárga), 15% PG (zöld), 10 % PG (kék) és 5% PG (fekete). Ez a konfiguráció megdöntött (ferde sík formájában), és egy bizonyos koncentrációjú (és ezért bizonyos felületi feszültségű) cseppek esnek. Gravitáció útján esnek, és az koaleszcencia akkor következik be, amikor hasonló cseppbe ütköznek. Ennek köszönhetően megbecsülhető az eső esésének felületi feszültsége.
Röviden, nagyon kíváncsi és nagyon érdekes munka, amelynek többféle alkalmazása lehet a mikrofluidikus dinamikában. A folyadékfizika szépsége soha nem csodálkozik.