Gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology hanno spiegato perché a volte una goccia di liquido non si fonde con la superficie del liquido sottostante. Se la goccia è molto fredda e il liquido sul fondo è abbastanza caldo, la goccia "leviterà" a causa dei flussi causati dalla differenza di temperatura. I risultati della ricerca sono presentati in un articolo sul Journal of Fluid Mechanics.
La responsabile dello studio Michela Gehry si è chiesta perché la differenza di temperatura potrebbe impedire alla gocciolina di mescolarsi con la superficie del liquido. Ha disegnato una piccola scatola, delle dimensioni di una tazzina da caffè espresso, con pareti in acrilico e un bordo inferiore in metallo, che a turno ha posizionato su un piatto caldo e freddo. La scatola conteneva una ciotola di olio di silicone e in cima c'era una siringa attraverso la quale gli scienziati potevano spremere goccioline di olio di silicone con la stessa viscosità della ciotola. In ogni serie di esperimenti, Gehry ha misurato la temperatura della gocciolina d'olio spremuta e la temperatura della superficie del liquido nel bagno. Sono stati selezionati oli con diverse viscosità, da vicino all'acqua a 500 volte più viscosi.
L'intervallo di tempo tra la gocciolina in uscita dalla siringa e il tempo in cui si è fusa con la superficie del liquido è stato accuratamente registrato su una telecamera che filmava 2000 fotogrammi al secondo. In un caso, gli scienziati sono stati in grado di far librare una goccia nell'aria per dieci secondi, mantenendo una differenza di temperatura di 30 ° C. Questo è più o meno uguale alla differenza tra caffè caldo e latte freddo che viene aggiunto ad esso.
"Abbiamo scoperto che il peso della goccia che cade e la forza di ricircolo dello strato d'aria possono essere bilanciati in un punto, e per raggiungere questo equilibrio, è necessaria una differenza di temperatura minima, o critica, affinché la goccia inizi a levitare", spiega Gehry. Ad un certo punto, la goccia si riscalda completamente, la sua temperatura diventa uguale alla temperatura superficiale e la levitazione si ferma.
Una goccia di crema cade nel caffè caldo / Massachusetts Institute of Technology
Un gruppo di scienziati ha studiato questo fenomeno da un punto di vista matematico. I calcoli hanno dimostrato che il tempo di levitazione di una goccia è correlato alla differenza di temperatura di 2: 3. I fisici hanno adattato le equazioni che descrivono la miscelazione di due liquidi e hanno simulato il comportamento della parte calda del liquido all'interno della goccia, che viene riscaldata dalla superficie sottostante. Ciò ha permesso di capire come le correnti calde si diffondessero goccia a goccia, fino a riscaldare tutto. Gli scienziati ritengono che i loro calcoli aiuteranno a comprendere meglio come le sostanze chimiche e le sostanze biologiche si mescolano e si diffondono nei liquidi, nonché a comprendere il comportamento delle goccioline in condizioni di gravità zero.
