Lo studio delle goccioline liquide e del loro comportamento in caso di impatto è di fondamentale importanza in molti campi, tra cui l'agricoltura, l'ingegneria e la medicina. La previsione del comportamento delle goccioline è utilizzata nella verniciatura a spruzzo e negli spray per pesticidi, nella tecnologia a getto d'inchiostro per la stampa e nella generazione di aerosol durante le precipitazioni. Una comprensione più profonda di questo fenomeno è, quindi, indispensabile non solo per far progredire la nostra conoscenza della fisica dei fluidi ma anche della tecnologia.

A questo proposito, un fenomeno particolarmente intrigante è lo schizzi di goccioline che colpiscono superfici solide. Diversi studi sul comportamento del film liquido hanno contribuito a far luce sugli schizzi di goccioline. Tuttavia, non è emerso alcun consenso su quando ci si può aspettare che una gocciolina schizzi. Inoltre, è altrettanto importante capire il comportamento bagnante, o la facilità con cui un liquido aderisce a superfici solide lisce e ruvide.

Sullo sfondo, un gruppo di scienziati giapponesi e cinesi ha recentemente condotto uno studio per affrontare questo problema. Il team di ricerca, guidato dal Professore Associato Yukihiro Yonemoto dell'Università di Kumamoto, in Giappone, in collaborazione con il Professor Tomoaki Kunugi dell'Università di Zhejiang, in Cina, ha proposto un nuovo modello in grado di prevedere quando una gocciolina schizzerà dopo aver urtato una superficie solida. La loro ricerca è stata pubblicata in Rapporti scientifici e Comunicazioni scientifiche colloidali e di interfaccia .

Quando una gocciolina entra in collisione con una superficie solida, sotto la gocciolina urtata appare una pellicola liquida instabile. Per tenere conto di questa instabilità, il team ha modificato l'equazione del bilancio energetico che prevede l'area di contatto di diffusione per superfici lisce e ruvide.

Per sviluppare il modello teorico per prevedere la condizione di schizzi, il team ha considerato il bilancio di pressione del film liquido. I risultati analitici ottenuti combinando l'equazione di bilancio energetico modificata e l'equazione di bilancio di pressione erano in buon accordo con il numero critico di Weber (una quantità adimensionale che caratterizza il flusso del fluido sulle superfici) per gli schizzi ottenuti sperimentalmente per le goccioline liquide della miscela acqua-etanolo.

I risultati hanno mostrato che la condizione di schizzi non dipendeva dalla sola viscosità del liquido ma anche dalla bagnabilità e rugosità della superficie solida. Inoltre, il criterio degli schizzi era governato da una competizione tra le pressioni idrostatiche e idrodinamiche, che erano le forze motrici, e la pressione capillare e lo stress viscoso, che erano le forze opposte. Si sono verificati schizzi quando le forze motrici hanno vinto.

Oltre a prevedere le condizioni di schizzi, il modello di schizzi prevedeva anche la dimensione delle goccioline secondarie sparse e il numero di strutture liquide simili a dita che apparivano una volta che il film liquido si era destabilizzato. Il modello ha indicato che lo spessore del film liquido, che si è formato dopo l'urto delle goccioline, era correlato alla dimensione delle goccioline secondarie. Inoltre, la dimensione di queste goccioline secondarie e il numero di dita erano reciprocamente correlati. Sono stati inoltre influenzati dalla bagnabilità/rugosità superficiale della superficie solida oltre alle proprietà liquide.

"I nostri risultati potrebbero aprire la strada a una migliore comprensione della fisica di base della frammentazione del bordo o del film liquido, nonché trovare applicazioni in importanti campi dell'ingegneria relativi alla stampa, al rivestimento e alla spruzzatura", afferma il dott. Yonemoto. + Esplora ulteriormente

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