Quando una goccia di caffè colpisce la superficie del liquido nella tazza, si forma per brevissimo tempo una caratteristica torre di caffè, a volte anche con una nuova goccia in cima. In un articolo apparso su Fluidi per la revisione fisica oggi, un team di ricercatori di Amsterdam, Delft e Parigi gettano nuova luce su questo intricato effetto.

L'effetto della formazione del getto non è particolare per il caffè:lo stesso effetto si può notare ad esempio quando una goccia di pioggia colpisce uno stagno. Quando invece del caffè, una goccia di latte viene fatta cadere su un piano del caffè, si osserva un altro effetto interessante:la torre di liquido sarà per lo più bianca. Questo è, non è il caffè che schizza verso l'alto, è il latte che "rimbalza".

Non solo gravità

Cees van Rijn, autore principale della nuova pubblicazione, dice:"Una spiegazione approssimativa per l'effetto di formazione del getto è nota da molto tempo. Quando una goccia colpisce la superficie del liquido, la superficie può ottenere un temporaneo "cratere da impatto". non ha nessun posto dove andare se non su, che è come si forma il getto."

Però, nonostante più di un secolo di ricerche, i dettagli precisi del processo non erano ancora chiari. In particolare, comprendere la velocità variabile con cui il getto si muove verso l'alto era un po' un enigma. Quando i ricercatori hanno studiato diversi liquidi utilizzando la luce laser e le fotocamere rapide, hanno scoperto che subito dopo la formazione, la velocità nei getti rallenta a una velocità incredibile. Van Rijn:"Ci si potrebbe aspettare che il motivo principale per cui il jet rallenta sia la gravità che spinge il liquido verso il basso. Tuttavia, abbiamo osservato che subito dopo la formazione, la decelerazione può essere da cinque a anche venti volte più forte di quanto possa essere spiegato dalla sola gravità."

Costruire un modello

I ricercatori hanno ipotizzato che il principale fattore responsabile di questo estremo rallentamento fosse la tensione superficiale del liquido, lo stesso tipo di tensione che consente la formazione delle bolle di sapone. Lo strato esterno di liquido sulla torre agisce in modo simile a tale bolla, e la sua curvatura costringe il getto a rallentare e alla fine a contrarsi, molto più velocemente di quanto ci si potesse aspettare basandosi solo sulla gravità. Van Rijn aggiunge:"L'effetto è massimo quando il getto si è appena formato. Quando il liquido ha raggiunto il punto più alto, la situazione è sostanzialmente tornata alla normalità:il liquido ricade con al massimo il doppio dell'accelerazione causata dalla gravità, e ha perso l'ultimo pezzo di accelerazione extra quando si raggiunge nuovamente la superficie. L'intero intricato processo si svolge in circa un decimo di secondo".

Con questa spiegazione in mente, i fisici si sono proposti di creare un modello matematico per descrivere la formazione del getto. Il modello utilizzava un'altra sorprendente proprietà dei getti:hanno sempre lo stesso aspetto:l'altezza e la larghezza del getto variano nel tempo, ma a parte questo la forma non cambia. Questa proprietà di 'autosimilarità' ha permesso ai ricercatori di creare un modello molto preciso, che se confrontato con misurazioni su diversi liquidi come l'acqua, etanolo e una miscela di acqua e glicerolo, corrispondeva molto precisamente a tutte le osservazioni.

Nello spazio

I fisici stanno già pensando al prossimo passo del loro programma, infatti, stanno considerando di portare gli esperimenti nello spazio. Van Rijn:"Sarebbe molto bello eliminare completamente la gravità e comprendere il ruolo della sola tensione superficiale. Ci piacerebbe fare la nostra prossima serie di esperimenti nella Stazione Spaziale Internazionale per vedere cosa succede esattamente in un ambiente privo di gravità ."