Čak i kapljice ponekad vode stepenicama

Powerful visual illusions | Al Seckel (Lipanj 2019).

Anonim

Ponekad kapljice tekućine ne ispadnu. Umjesto toga, uspon. Pomoću računalnih simulacija, istraživači su sada pokazali kako potaknuti kapljice da se penju na stepenice sve sami.

Ovo ponašanje stepenastog penjanja moglo bi biti korisno u svemu od obrade vode i novih mikrofluidnih uređaja na laboratoriju, do biokemijske obrade i medicinskih dijagnostičkih alata. Istraživači, iz Indijskog instituta za tehnologiju u Roorkeeu, Indiji i York University u Torontu, opisuju svoje rezultate ovog tjedna u časopisu Physics of Fluids.

Kako bi se kapljice penjale, ovo novo istraživanje otkriva da trebate stubište čija površina lakše prianja svaku kapljicu sa svakim korakom. Površina na kojoj se kapljica lako uklapa ima ono što se naziva visoka močljivost, uzrokujući da se kapljica rasporedi i izravnava. Na površini niske vlažnosti, međutim, kapljica će ostati više sferična, kao što su kapi kapljica na vodonepropusnoj jakni.

Istraživači su prethodno koristili gradijent povećane vlažnosti da nagovne kapljice kako bi se kretali po ravnoj površini, pa čak i da bi se popeli na padinu. Na primjer, kapljica vode privlači hidrofilnu površinu s većom omatljivosti, tako da nagib s povećanom hidrofilnom površinom koja se diže može "povući" kapljicu uzbrdo.

Stvarne površine nikada nisu savršeno glatke; na dovoljno malim mjerilima, površina na kraju postaje gruba. Klizna ploha na tim mjerilima zapravo je mikroskopsko stubište. "Većina površina je teksturirana, a mobilnost kapljice iznad takvih površina zahtijeva penjanje stepenicama", rekao je Arup Kumar Das iz IIT Roorkee.

Da bi istražili kako bi kapljica mogla popeti stepenice - i stoga, ako ova tehnika može raditi na više površinskim aplikacijama u stvarnom svijetu - istraživači su simulirali fiziku kapljica veličine mikrolitera na stubištima s gradijentom vlaženja.

Ove kapljice su šire od duljine svakog koraka, tako da je njihova vodeća strana na višem koraku s površinom koja može biti vlažnija nego na kraju. Prednji dio kapljice se tako širi, čineći manji, savijeniji kut s površinom.

Razlika u kutovima između prednje i stražnje strane kapljica za penjanje uzrokuje da tekućina unutar kapljice cirkulira. Kada vodeći rub kapljice dosegne sljedeći korak, cirkulacija tjera kapljicu naprijed, prelazeći na sljedeći veći korak, a postupak se ponavlja.

Bez obzira da li kapljica ima dovoljno sile da prevlada gravitaciju, ovisi o veličini kapljice, strmini stupnjeva i razlika u vlažnosti. Općenito, veća kapljica je bolja prilikom penjanja stepenicama, a za strmije korake mora postojati veći gradijent vlaženja.

Istraživači sada rade na pokusima kako bi potvrdili rezultate simulacije.

Mnoge druge metode za kontrolu kapljica oslanjaju se na vanjske sile, kao što su varijacije temperature i električna i magnetska polja. Ali, objasnio je Das, te su metode često izazovne i složene. Nova studija pokazuje da pasivni pristupi kao što je močljivost mogu biti učinkovitije. "Pasivno sredstvo (mi) možemo manipulirati kapljicom da se čak uspnemo penjati stepenicama bez korištenja vanjske sile", rekao je.

menu
menu