Un tipo unico di elio che può fluire senza essere influenzato dall'attrito ha aiutato un team KAUST a comprendere meglio la trasformazione dei liquidi in rapido movimento in minuscole goccioline.

Eventi quotidiani, come fare la doccia o aprire il rubinetto della cucina, coinvolgono un intrigante fenomeno fisico noto come rottura del getto. Quando un liquido esce da un ugello e incontra qualcosa in cui non può mescolarsi immediatamente:un gas, per esempio, forma un cilindro. Rapidamente, piccole perturbazioni superficiali e varie forze provocano la rottura del tubo del liquido in goccioline. L'intero cilindro si pizzica in goccioline una alla volta sulla punta, assume una struttura ondulata o a cavatappi, o atomizza in uno spruzzo fine.

Dalla fine del 1800, i ricercatori hanno cercato di comprendere e prevedere il comportamento delle rotture del getto utilizzando le teorie classiche della viscosità, aerodinamica e tensione superficiale. Però, molti studi precedenti presentano prove contrastanti su dove tracciare il confine tra le diverse modalità di rottura, un problema che potrebbe avere un impatto sui produttori che cercano di ottimizzare le tecnologie di spruzzatura.

"Gli ingegneri sono interessati a conoscere la dimensione e la direzione delle goccioline formate e quanto lontano dall'ugello il getto rimane intatto, " nota Nathan Speirs, un ricercatore nel laboratorio di Sigurdur Thoroddsen al KAUST. "C'è così tanta varietà nei modi in cui i getti liquidi si rompono."

Per aggiornare questo campo per il 21° secolo, il gruppo Thoroddsen ha collaborato con ricercatori dell'Università della California, Irvine, costruire un dispositivo in grado di raggiungere temperature prossime allo zero assoluto con finestre per la visualizzazione con telecamere ad alta velocità. A queste fredde profondità, l'elio liquido può assumere una serie di comportamenti diversi, anche come superfluido senza attrito.

La configurazione sperimentale è difficile da utilizzare perché "quando l'elio liquido diventa superfluido, l'assenza di viscosità gli permette di sfuggire alla più piccola delle imperfezioni, che chiamiamo superleak, "dice Kenneth Langley, un altro membro della squadra di Thoroddsen. "Dobbiamo stare molto attenti quando si chiude la cella, e una volta chiuso, non c'è modo di regolare cosa c'è dentro."

Le immagini dettagliate prodotte utilizzando il nuovo dispositivo a bassa temperatura hanno permesso al team KAUST di quantificare con precisione i regimi di rottura del getto e identificare i fattori fisici trascurati da studi precedenti.

"I nostri risultati mostrano che i flussi di gas e liquidi sono ugualmente importanti nella regione di interfaccia, un'idea trascurata dalla maggior parte degli altri studi, " dice Speirs. "Anche le forme irregolari delle goccioline formate sono piuttosto interessanti, e speriamo di analizzarli più in dettaglio, "aggiunge Langley.