Sloppy, mudrede vandpytter, der er skabt af sommerregnregn skylder deres grænser for dypperne i fortovet eller jorden. Men hvis et glas vin spildes på en (hypotetisk) perfekt flad bordplade, hvad forhindrer pølen i at sprede sig for evigt? Indtil nu kunne fysikernes beskrivelse af væskestrømme ikke rigtig forklare, hvorfor vandpytter stopper.
Forskere fra Massachusetts Institute of Technology har svaret, rapporterer Charles Q. Choi for Inside Science .
Ved hjælp af den klassiske model ville fysikere beskrive væskespredning som resultatet af en "konkurrence mellem tyngdekraft og overfladespænding, " skriver Choi. Tyngdekraften trækker væske ned og spreder vandpyt, mens overfladespænding, hvor molekylerne hænger tæt til hinanden, får dråber til at perle op.
Men hvor den klassiske model kan bruges til at forklare den endelige form på en vandpyt, forklarer det ikke, hvordan puddelen begyndte at sprede sig i første omgang. Beregningerne indebærer i stedet, at kræfterne ved vandpytterens kant ville være for stærke til, at de overhovedet kan sprede sig. ”I en makroskopisk opfattelse af dette problem er der intet, der forhindrer, at vandpyt spreder sig. Der mangler noget her, ”forklarer Amir Pahlavan, en kandidatstuderende ved MIT i en pressemeddelelse.
Det er tydeligt, at pytter spreder sig, så fysikere justerer deres model for at forklare hvorfor. Michael Schirber skriver for APS Physics :
En populær løsning er at antage, at en tynd mikroskopisk film belægger overfladen foran puden. Sådanne forløberfilm er blevet observeret for pytter, der udvides fuldstændigt til et tyndt fladt ark - den såkaldte "komplet befugtning" -sag - men de kan ikke forklare vandpytter, der spreder sig en kort afstand og derefter stopper (delvis befugtning).
Nu har Pahlavan og hans kolleger fundet ud af, hvad der stopper puddekræfterne, der virker på nanoskalaen. Forskerne overvejede en film med væske mindre end 100 nanometer tyk, hvor noget kaldet van der Waals-styrken begynder at virke. Denne vekselvirkning beskriver et fænomen, hvor skyen af elektroner, der surrer omkring et atom tilfældigt svinger, og deres ladning har en tendens til at hoper sig op i et område af et molekyle, hvilket skaber lidt positive og lidt negative områder. Nabolande molekyler gør det samme med det resultat, at molekyler enten tiltrækkes eller frastøttes af hinanden.
Disse kræfter, der virker inden i væsken, luften omkring vandpuden og den overflade, hvor puddelen sidder på, er nok til at forhindre, at puddelen spreder sig, uanset dens størrelse. Forskerne offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Physical Review Letters .
Deres model kunne have anvendelser til en række ting, fra hvordan man køler elektronik ved at flyde væske over dem til at binde kuldioxid under jorden (nogle planer inkluderer at injicere en kuldioxidbelastet væske i porøs sten). Men til disse applikationer bliver forskerne nødt til at udvide modellen for at forklare, hvordan væsker flyder over ru overflader. ”En rigtig overflade er aldrig helt flad og glat, ” fortæller Pahlavan til Choi for Inside Science . "[T] her er det altid noget ujævnt at tage højde for, hvilket får mange nye funktioner til at opstå."
