Nel fare la sua dovuta diligenza, pulire la sua attrezzatura di laboratorio, il fisico dei fluidi Stoffel Janssens della Mathematical Soft Matter Unit dell'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Okinawa, Giappone, ha notato l'insolita interazione tra l'acqua e le goccioline di acetone che galleggiavano sulla superficie dell'acqua mentre si dirigevano verso lo scarico.

"Ho notato che a volte, le goccioline si librano brevemente sopra la superficie di un liquido prima di fondersi con il liquido, " ha detto Janssens. " Essendo incuriosito da questo fenomeno, Ho eseguito uno studio della letteratura da cui ho concluso che un sottile strato di gas tra una gocciolina e una superficie liquida può impedire la coalescenza".

In altre parole, ciò che Janssens ha notato è che le goccioline di acetone non si mescolano con l'acqua a causa della loro forma dell'effetto Leidenfrost, più comunemente osservata nelle gocce d'acqua su superfici calde solide. Nel caso dell'acqua, le goccioline galleggiano su uno strato di vapore formatosi dove incontrano la superficie calda. Janssens e colleghi dell'OIST e del National Institute for Materials Science, sia in Giappone, studiato la fluidodinamica di questa interazione, e dell'autopropulsione comune all'effetto Leidenfrost (che ha il suo nome, effetto Marangoni) per approfondire la meccanica sottostante. I loro risultati sorprendenti appaiono questa settimana sul giornale Fisica dei fluidi .

Normalmente, l'acetone (il componente principale nella maggior parte dei solventi per unghie) e l'acqua sono miscibili, intendendo che, a differenza dell'olio e dell'acqua, si mescolano e non si separano né formano goccioline quando vengono miscelati.

"L'acetone ha un punto di ebollizione di 56 C, ben al di sotto di quello dell'acqua, e quindi evapora fortemente quando si avvicina a una superficie di acqua calda, " ha detto Janssens. "Ho ipotizzato che una forte evaporazione potrebbe creare uno strato di gas tra una goccia di acetone e una superficie d'acqua per sopprimere la coalescenza".

Janssens e i suoi coautori hanno utilizzato la videografia ad alta velocità per studiare la dinamica delle goccioline a temperatura ambiente e i loro meccanismi sottostanti, esaminando da vicino variabili come la dimensione delle goccioline e la velocità delle goccioline semoventi. Quando lo fecero, hanno trovato alcuni comportamenti inaspettati.

"Dopo aver analizzato i filmati ottenuti con l'imaging della fotocamera ad alta velocità, Ho anche notato che una goccia semovente si immerge gradualmente sotto la superficie dell'acqua indisturbata, " ha detto Janssens. "Questa immersione inizia quando una goccia ha una velocità orizzontale di circa 14 cm/s. Finalmente, dopo aver misurato accuratamente lo spostamento di diverse goccioline, abbiamo concluso che l'immersione causa resistenza."

Hanno scoperto che le goccioline di acetone si sarebbero spinte attraverso la superficie dell'acqua fino a raggiungere una velocità che le avrebbe trascinate sotto la superficie, ancora in forma di goccioline, dove poi sperimentano il trascinamento dall'acqua circostante.

"Questo tipo di trascinamento per immersione è, al meglio delle nostre conoscenze, non descritto in letteratura ed è importante tenerne conto quando si misura la resistenza su piccoli oggetti supportati da un'interfaccia liquido-gas, " ha detto Janssens. "Inoltre, creature che camminano sull'acqua come i falchi acquatici, ragni d'acqua, e i coleotteri vagabondi potrebbero sfruttare la resistenza per immersione per la locomozione."

ancora più estraneo, hanno scoperto che fino al punto in cui la goccia va sotto la superficie, più veloce si muove, più velocemente accelera.

"Abbiamo osservato che una goccia accelera più velocemente con l'aumentare della velocità orizzontale fino al punto in cui si verifica l'immersione, " ha detto Janssens. "Questo effetto iniziale potrebbe essere interessante per la ricerca futura che coinvolge l'auto-propulsione guidata da un effetto Marangoni".

Confrontando i loro dati con modelli teorici, Janssens ei suoi colleghi hanno sviluppato una strategia per stimare lo spessore dello strato di vapore di supporto delle goccioline. Però, c'è ancora molto da capire sull'insolito sistema e il team di Janssens è ancora al lavoro su questo.

"Poiché ci sono molti fenomeni in questo lavoro che sono poco compresi, c'è molto lavoro da fare, " ha detto Janssens. "Ho controllato esperimenti progettati per approfondire la nostra comprensione della non coalescenza".