Sloppy, gjørmete sølepytter skapt av sommerregnregn skylder sine grenser til fallene i fortau eller mark. Men hvis et glass vin søl på en (hypotetisk) perfekt flat benkeplate, hva hindrer sølepytten å spre seg for alltid? Inntil nå kunne fysikernes beskrivelse av væskestrømmer ikke virkelig forklare hvorfor sølepytter stopper.
Forskere fra Massachusetts Institute of Technology har svaret, melder Charles Q. Choi for Inside Science .
Ved å bruke den klassiske modellen vil fysikere beskrive væskespredning som et resultat av en "konkurranse mellom tyngdekraft og overflatespenning, " skriver Choi. Tyngdekraften trekker væske ned og sprer sølepytten, mens overflatespenning, der molekylene henger tett til hverandre, får dråper til å perle opp.
Men mens den klassiske modellen kan brukes til å forklare den endelige formen til en sølepytt, forklarer den ikke hvordan sølepytten begynte å spre seg i utgangspunktet. Beregningene innebærer i stedet at kreftene i sølepyttens kant ville være for sterke til at det i det hele tatt kan spres. “Innenfor et makroskopisk syn på dette problemet, er det ingenting som hindrer sølepytten å spre seg. Det mangler noe her, forklarer Amir Pahlavan, en doktorgradsstudent ved MIT i en pressemelding.
Det er tydelig at sølepytter sprer seg, så fysikere finpusse modellen for å forklare hvorfor. Michael Schirber skriver for APS Physics :
En populær løsning er å anta at en tynn mikroskopisk film belegger overflaten foran sølepytten. Slike forløperfilmer er blitt observert for sølepytter som utvider seg helt til et tynt flatt ark - den såkalte "fullstendig fukting" -saken - men de kan ikke forklare sølepytter som sprer seg kort vei og deretter stopper (delvis fukting).
Nå har Pahlavan og kollegene funnet ut hva som stopper sølepyttkreftene som virker på nanoskalaen. Forskerne vurderte en film med væske mindre enn 100 nanometer tykk, der noe som kalles van der Waals-styrken begynner å virke. Denne interaksjonen beskriver et fenomen der skyen av elektroniske surrer rundt et atom tilfeldig svinger og ladningen deres har en tendens til å hoper seg opp i ett område av et molekyl, og skaper litt positive og litt negative områder. Nabokrigsmolekyler gjør det samme, med det resultat at molekyler enten blir tiltrukket eller frastøtt av hverandre.
Disse kreftene, som virker i væsken, luften rundt sølepytten og overflaten som sølepytten sitter på, er nok til å hindre at sølepytten sprer seg, uansett størrelse. Forskerne publiserte resultatene i tidsskriftet Physical Review Letters .
Modellen deres kan ha bruksområder for en rekke ting, fra hvordan man kjøler elektronikk ved å strømme væske over dem til å binde karbondioksid under jorden (noen planer inkluderer å injisere en karbondioksidbelastet væske i porøs bergart). Men for disse applikasjonene må forskerne utvide modellen for å forklare hvordan væsker flyter over røffe overflater. "En ekte overflate er aldri helt flat og glatt, " forteller Pahlavan til Choi for Inside Science . "[T] her er det alltid noen ujevnheter å ta hensyn til, noe som får mange nye funksjoner til å oppstå."
