Una ciotola d'acqua cosparsa di scaglie di pepe è pronta sul piano di lavoro della cucina di Mahesh Bandi. Bandi, professore di fisica all'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), bagna la punta di una bacchetta con sapone liquido, divertimento scritto sul suo volto, e chiede ai suoi commensali le loro previsioni:cosa faranno i fiocchi quando il sapone incontra la superficie dell'acqua?

Tocca l'acqua con la bacchetta:all'improvviso, i fiocchi fuggono dal centro della ciotola. Questo è solo un esempio molto semplice dell'effetto Marangoni, che Bandi studia all'interno del suo laboratorio presso l'Unità di Interazioni Collettive dell'OIST.

Segnalato già nel 1686, il fenomeno deriva da una differenza nella tensione superficiale, la qualità che fa sì che una superficie liquida si comporti come se fosse una membrana elastica allungata. La sostanza con una tensione superficiale più elevata tira più forte di quella con una tensione superficiale inferiore, tirando verso di sé il flusso del liquido.

James Thomson, il fratello maggiore del fisico Lord Kelvin, descrisse il fenomeno nel 1855 come "i curiosi movimenti comunemente osservati nella pellicola di vino che aderisce all'interno di un bicchiere da vino". La stessa forza consente ai rampicanti d'acqua di scivolare lungo la superficie di uno stagno, e, come dimostra Bandi, fa sì che i fiocchi si muovano attraverso l'acqua. Ancora, nonostante la sua ubiquità, l'effetto Marangoni è sfuggente.

"Lo puoi vedere nella tua cucina, ma è notoriamente difficile da quantificare, " ha detto Bandi. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica , lui ei suoi colleghi presentano un metodo per fare proprio questo studiando il fenomeno attraverso tre diverse misurazioni indipendenti.

Il sapone liquido fa diverse cose quando tocca una ciotola d'acqua:parte di esso si diffonde sulla superficie dell'acqua, mentre alcuni iniziano a dissolversi nell'acqua. I ricercatori hanno scoperto che questi fattori, che insieme costituiscono l'effetto Marangoni, possono verificarsi a vari livelli.

Bandi e i suoi colleghi hanno lavorato su un modello matematico sviluppato dal professore della Brown University, Shreyas Mandre, che predice come un liquido come l'acqua interagisce con un tensioattivo, un liquido come sapone o detersivo, che hanno una tensione superficiale inferiore, introdotto alla sua superficie. Utilizzando una camera bianca su misura, gli scienziati dell'OIST hanno eseguito diversi esperimenti per confermare le previsioni su come i liquidi avrebbero interagito.

Per mostrare il movimento del liquido, i ricercatori hanno utilizzato un contenitore rettangolare pieno d'acqua. Prossimo, hanno usato una siringa per depositare il tensioattivo, contenenti anche minuscole particelle, all'interfaccia aria-acqua, l'esatta superficie dell'acqua.

I ricercatori hanno quindi visualizzato la velocità dei due liquidi utilizzando una tecnica chiamata Velocimetria Laser Doppler, che rileva i cambiamenti nella frequenza delle onde luminose quando un raggio laser le colpisce. Hanno verificato i loro risultati con due metodi aggiuntivi. Gli scienziati hanno misurato la diffusione del tensioattivo attraverso lo strato limite e nell'acqua sottostante. Hanno anche misurato lo "sforzo di taglio" o l'intensità con cui il tensioattivo trascina l'acqua.

I ricercatori hanno scoperto che utilizzando il loro modello, potevano prevedere da vicino la velocità con cui si diffonde un tensioattivo. I loro risultati si inseriscono in uno dei due scenari:a seconda che il tensioattivo si dissolva facilmente o meno, si diffondeva nell'acqua più o meno rapidamente di quanto si diffondesse sulla superficie dell'acqua.

Il lavoro precedente aveva suggerito che un tensioattivo si dissolve in acqua più velocemente di quanto si diffonda sulla superficie, ma il nuovo studio dimostra un quadro più complesso di come la dissoluzione e la diffusione del tensioattivo influenzino il fenomeno.

I ricercatori hanno scoperto che questa misura dipendeva dal fatto che il tensioattivo si dissolvesse facilmente o meno. Se è così, si diffondeva nell'acqua più rapidamente di quanto si diffondesse sulla sua superficie, e se no, si diffondeva meno rapidamente di quanto si diffondesse.

Lo studio fa un altro passo verso la comprensione di un fenomeno complesso e dinamico.

"La teoria è un'approssimazione della realtà, ma il mondo reale è disordinato, " disse Bandi. Anche così, lui ei suoi collaboratori sono stati in grado di prevedere il comportamento dei liquidi nel mondo reale:"la prova che la teoria funziona".