L '"effetto teiera" minaccia da tempo le tovaglie bianche immacolate:se un liquido viene versato fuori da una teiera troppo lentamente, il flusso del liquido a volte non si stacca dalla teiera, trovando la sua strada nella tazza, ma gocciola verso il basso all'esterno della teiera.

Questo fenomeno è stato studiato scientificamente per decenni, ora un gruppo di ricerca della TU Wien è riuscito a descrivere l'"effetto teiera" in modo completo e dettagliato con un'elaborata analisi teorica e numerosi esperimenti:un'interazione di diverse forze mantiene direttamente una piccola quantità di liquido al bordo, e questo è sufficiente per reindirizzare il flusso del liquido in determinate condizioni.

Un effetto con una lunga storia

L '"effetto teiera" fu descritto per la prima volta da Markus Reiner nel 1956. Reiner ottenne il dottorato alla TU Wien nel 1913 e poi emigrò negli Stati Uniti, dove divenne un importante pioniere della reologia, la scienza del comportamento del flusso. Più e più volte, gli scienziati hanno cercato di spiegare con precisione questo effetto. Il lavoro su questo argomento ha ricevuto il "Premio IG Nobel" satirico nel 1999. Ora, la ricerca sull'effetto teiera ha chiuso il cerchio, poiché è stata studiata presso l'alma mater di Reiner, la TU Wien, da un team attorno al Dr. Bernhard Scheichl, docente presso l'Institute of Fluid Mechanics and Heat Transfer e Key Scientist presso l'Austrian Center of Excellence for Tribology (AC2T research GmbH), in collaborazione con il Dipartimento di Matematica dell'University College London.

"Sebbene questo sia un effetto molto comune e apparentemente semplice, è straordinariamente difficile spiegarlo esattamente nell'ambito della meccanica dei fluidi", afferma Bernhard Scheichl. Lo spigolo vivo sul lato inferiore del becco della teiera gioca il ruolo più importante:si forma una goccia, l'area direttamente sotto il bordo rimane sempre bagnata. La dimensione di questa goccia dipende dalla velocità con cui il liquido fuoriesce dalla teiera. Se la velocità è inferiore a una soglia critica, questa caduta può dirigere l'intero flusso attorno al bordo e gocciolare sulla parete esterna della teiera.

"Siamo ora riusciti per la prima volta a fornire una spiegazione teorica completa del motivo per cui si forma questa goccia e perché la parte inferiore del bordo rimane sempre bagnata", afferma Bernhard Scheichl. La matematica dietro è complicata:è un'interazione di inerzia, forze viscose e capillari. La forza inerziale assicura che il fluido tenda a mantenere la sua direzione originale, mentre le forze capillari rallentano il fluido proprio in corrispondenza del becco. L'interazione di queste forze è alla base dell'effetto teiera. Tuttavia, le forze capillari assicurano che l'effetto inizi solo a un angolo di contatto molto specifico tra la parete e la superficie del liquido. Più piccolo è questo angolo o più idrofilo (cioè bagnabile) è il materiale della teiera, più il distacco del liquido dalla teiera è rallentato.

Tè nello spazio

È interessante notare che la forza di gravità in relazione alle altre forze che si verificano non gioca un ruolo decisivo. La gravità determina semplicemente la direzione in cui è diretto il getto, ma la sua forza non è decisiva per l'effetto teiera. L'effetto teiera verrebbe quindi osservato anche bevendo il tè su una base lunare, ma non su una stazione spaziale priva di gravità.

I calcoli teorici sull'effetto teiera sono stati pubblicati dal team di ricerca nel settembre 2021 nel Journal of Fluid Mechanics . Ora sono stati effettuati anche esperimenti:l'acqua è stata versata da una teiera inclinata a diverse portate e ripresa con telecamere ad alta velocità. In questo modo è stato possibile mostrare esattamente come la bagnatura del bordo al di sotto di una velocità di colata critica porti all'"effetto teiera", confermando così la teoria.