Τα σταγονίδια που εκμεταλλεύονται πάνω από μια υγρή επιφάνεια δείχνουν ασυνήθιστη κίνηση (w/ video)

Σε μια συναρπαστική ανακάλυψη, οι φυσικοί έχουν παρατηρήσει ότι τα μικροσκοπικά σταγονίδια που εκτοξεύονται πάνω από την επιφάνεια ενός υγρού εκθέτουν απροσδόκητη και αντιληπτική κίνηση, αψηφώντας τις συμβατικές αρχές που διέπουν τη δυναμική των υγρών. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως "σταγονίδια αθλιότητας", εμφανίζεται όταν ένα μικρό σταγονίδιο υγρού τοποθετείται σκόπιμα σε ένα δονητικό υγρό στρώμα. Καθώς το υποκείμενο υγρό στρώμα ταλαντεύεται, το σταγονιδιακό σταγονίδιο βιώνει μοναδικές αλληλεπιδράσεις που την προκαλούν να χορεύουν με εκπληκτικούς τρόπους.

Μια κάμερα υψηλής ταχύτητας κατέλαβε τις περίπλοκες κινήσεις αυτών των σταγονιδίων, παρέχοντας στους ερευνητές μια λεπτομερή ματιά στην κατά τα άλλα ανεπιθύμητη συμπεριφορά τους. Το βίντεο αποκαλύπτει τον δυναμικό χορό των σταγονιδίων, που χαρακτηρίζεται από ταλαντώσεις, περιστροφές και ακόμη και την περιστασιακή εκτόξευση στον αέρα. Τα σταγονίδια φαίνονται να παλλίζουν σε μέγεθος, να επιμηκύνονται και στη συνέχεια να συμβάλλουν, σαν να εκτελούν μια μαγευτική ρουτίνα Aquatic Acrobatics.

Τι οδηγεί αυτές τις ασυνήθιστες συμπεριφορές; Το κλειδί έγκειται στην αλληλεπίδραση μεταξύ τριχοειδών και αδρανειακών δυνάμεων. Οι τριχοειδείς δυνάμεις, που προκύπτουν από την επιφανειακή τάση του υγρού, δρουν για να ελαχιστοποιήσουν την επιφάνεια των σταγονιδίων. Αντίθετα, οι αδρανειακές δυνάμεις, που συνδέονται με τη μάζα του σταγονιδίου, αντιστέκονται στις αλλαγές στην κίνηση του. Η λεπτή αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των αντιτιθέμενων δυνάμεων ενορχηστρώνει τις συναρπαστικές κινήσεις των σταγονιδίων.

Χρησιμοποιώντας αυτές τις παρατηρήσεις, οι ερευνητές οραματίζονται πιθανές εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Στην ιατρική διαγνωστική, η συμπεριφορά των σταγονιδίων που απομακρύνεται μπορεί να προσφέρει νέες οδούς για χειρισμό σωματιδίων ή για ακριβώς μετακίνηση και παγίδευση σωματιδίων στα συστήματα χορήγησης φαρμάκων. Ομοίως, στα μικρορευστικά και σε άλλους τομείς που ασχολούνται με ροές μικρής κλίμακας, ο χειρισμός και η ανάλυση υγρών θα μπορούσαν να ενισχυθούν με την αξιοποίηση των αρχών που προέρχονται από αυτά τα ευρήματα.

Η ερευνητική ομάδα που εμπλέκεται σε αυτή τη μελέτη πιστεύει ότι τα ευρήματά τους ανοίγουν νέες οδούς για την κατανόηση του τρόπου αλληλεπίδρασης των υγρών στην μικροσκοπική κλίμακα. Σηματοδοτεί ένα άλλο βήμα στον συνεχώς εξελισσόμενο πεδίο της δυναμικής των υγρών, όπου οι εκπλήξεις συνεχίζουν να εμφανίζονται, επεκτείνοντας τις γνώσεις μας για τις περίπλοκες συμπεριφορές που κρύβονται στον κόσμο γύρω μας.