Anche nell'antica Grecia, il filosofo Aristotele ha cercato di riassumere tutti i modi in cui l'acqua può comportarsi. Ora, circa 2, 400 anni dopo, due scienziati dell'Imperial College di Londra, utilizzando la fotografia laser-flash di collisioni microscopiche tra goccioline e particelle, hanno scoperto che le gocce d'acqua hanno ancora trucchi liquidi da rivelare.

"Abbiamo identificato un comportamento schizzinoso che nessuno ha mai visto prima, " ha detto Yannis Hardalupas, uno degli autori di questa nuova ricerca che appare in un articolo di copertina questa settimana sulla rivista Fisica dei fluidi .

La ricerca precedente ha esaminato principalmente le collisioni di goccioline con superfici piane, come un muro. Ciò ha prodotto una tassonomia dei comportamenti delle goccioline, dal "prompt splash" (l'equivalente di un vernacolo "splat") allo straordinario "crown splash".

Hardalupas e il collega Georgios Charalampous hanno esaminato il caso meno studiato di una gocciolina che ha avuto uno scontro frontale con un solido, particella sferica. Le goccioline avevano un diametro di circa un quinto di millimetro, un po' più largo di un capello umano, e colpiscono particelle da due a 10 volte più grandi.

Le loro istantanee digitali veloci in nanosecondi hanno rivelato che all'impatto alcune goccioline hanno abbracciato la particella in anelli simili a Saturno, o "corone, " e poi continuò intatto fino all'altra estremità della particella.

"L'importante è che la corona rimanga coerente; non si rompe come ci si aspetterebbe. La corona si consolida finché non arriva al retro della particella, " Charalampous ha detto di quella che hanno chiamato una collisione di "cavalcavia". "Per la stessa dimensione di gocciolina e la stessa dimensione di particella, quando l'urto avviene con la stessa velocità, si comporta sempre allo stesso modo."

I ricercatori hanno catturato il nuovo comportamento delle goccioline utilizzando un servizio fotografico ad alta tecnologia. Ciò ha comportato l'equivalente di un micro-rubinetto di acqua distillata che utilizzava la vibrazione per gocciolare a una velocità e dimensione delle gocce prestabilite. Le goccioline sono cadute su una minuscola particella di vetro perfettamente allineata sopra un ago d'acciaio. Le dinamiche di collisione sono state registrate in immagini a fermo immagine utilizzando una fotocamera montata sul microscopio e un flash a fluorescenza indotta da laser con esposizioni di pochi miliardesimi di secondo.

"Non abbiamo potuto osservare il pinch-off a causa dell'ago di supporto, ma ci aspettiamo che alla fine la goccia si stacchi e si riformi perché si muove abbastanza velocemente per farlo, "Ha detto Hardalupas.

Il comportamento delle goccioline del cavalcavia si verifica in un "punto debole" nelle collisioni con le particelle più piccole in cui la corona si tiene insieme abbastanza a lungo prima che le instabilità abbiano il tempo di svilupparsi e lacerarla, secondo Charalampous.

La fluidodinamica delle collisioni tra goccioline e particelle è fondamentale per l'essiccazione a spruzzo industriale, in cui un impasto liquido viene atomizzato in goccioline che vengono essiccate per produrre una polvere con granuli di dimensioni standard. In questo studio, la dimensione e la velocità delle goccioline utilizzate assomigliavano alla dimensione delle goccioline di un atomizzatore, una dimensione caratteristica delle particelle di detersivo o caffè istantaneo.

In una collisione su un cavalcavia, dicono i ricercatori, l'aspetto critico è che parte del liquido, e il suo contenuto, rimane sulla particella per rivestirla e ingrandirla, informazioni che potrebbero fornire un'essiccazione a spruzzo più efficiente.

"Abbiamo identificato una serie di condizioni operative che includono la velocità e il diametro delle goccioline, che ti darà una migliore deposizione di liquidi sulla superficie, e questo fornisce linee guida su come è meglio far funzionare gli atomizzatori, "Ha detto Hardalupas.