Οι λασπώδεις, λασπώδεις λακκούβες που δημιουργούνται από καταιγίδες καλοκαιριού οφείλουν τα όριά τους στις βυθίσεις στο πεζοδρόμιο ή στο έδαφος. Αλλά αν ένα ποτήρι κρασιού χυθεί σε έναν (υποθετικά) τέλεια επίπεδο πάγκο, τι κρατάει την λακκούβα να εξαπλώνεται για πάντα; Μέχρι τώρα, η περιγραφή των ρευστών ρευστών από τους φυσικούς δεν μπορούσε να εξηγήσει γιατί οι λιμνοθάλασσες σταματούν.
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης έχουν την απάντηση, αναφέρει ο Charles Q. Choi για την Inside Science .
Χρησιμοποιώντας το κλασικό μοντέλο, οι φυσικοί θα περιγράψουν την εξάπλωση του υγρού ως αποτέλεσμα ενός "ανταγωνισμού μεταξύ της βαρύτητας και της επιφανειακής τάσης", γράφει ο Choi. Η βαρύτητα τραβά το υγρό κάτω και εξαπλώνει τη λακκούβα, ενώ η επιφανειακή τάση, όπου τα μόρια κρέμονται σφιχτά μεταξύ τους, κάνει τα σταγονίδια επάνω.
Αλλά ενώ το κλασικό μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει το τελικό σχήμα μιας λακκούβα, δεν εξηγεί πώς άρχισε να εξάπλωσε η λακκούβα στην πρώτη θέση. Οι υπολογισμοί υποδηλώνουν ότι οι δυνάμεις στην άκρη της λακκούβα θα ήταν πολύ ισχυρές για να επιτρέψουν την εξάπλωση καθόλου. "Μέσα σε μια μακροσκοπική άποψη αυτού του προβλήματος, τίποτα δεν εμποδίζει την εξάπλωση της λακκούβα. Υπάρχει κάτι που λείπει εδώ ", εξηγεί ο Amir Pahlavan, μεταπτυχιακός φοιτητής στο MIT σε δελτίο τύπου.
Σαφώς, οι λακκούβες εξαπλώνονται, έτσι ώστε οι φυσικοί να τσιμπήσουν το μοντέλο τους για να εξηγήσουν γιατί. Ο Michael Schirber γράφει για την APS Physics :
Μια δημοφιλής λύση είναι να υποθέσουμε ότι μια λεπτή μικροσκοπική μεμβράνη επικαλύπτει την επιφάνεια μπροστά από τη λακκούβα. Τέτοιες πρόδρομες μεμβράνες έχουν παρατηρηθεί για λακκούβες που επεκτείνονται τελείως σε ένα λεπτό επίπεδο φύλλο - την λεγόμενη περίπτωση "πλήρους διαβροχής" - αλλά δεν μπορούν να εξηγήσουν λακκούβες που απλώνονται σε μικρή απόσταση και μετά σταματούν (μερική διαβροχή).
Τώρα, ο Pahlavan και οι συνάδελφοί του έχουν καταλάβει τι σταματάει τις λακκούβες - δυνάμεις που δρουν στη νανοκλίμακα. Οι ερευνητές θεωρούν μια ταινία υγρού με πάχος μικρότερο από 100 νανόμετρα, όπου ξεκινάει κάτι που ονομάζεται δύναμη van der Waals. Αυτή η αλληλεπίδραση περιγράφει ένα φαινόμενο όπου το σύννεφο ηλεκτρονίων που βγάζουν γύρω από ένα άτομο κυμαίνεται τυχαία και το φορτίο τους τείνει να συσσωρεύεται σε μια περιοχή ενός μορίου, δημιουργώντας ελαφρώς θετικές και ελαφρώς αρνητικές περιοχές. Τα γειτονικά μόρια κάνουν το ίδιο, με αποτέλεσμα είτε τα μόρια να προσελκύονται είτε να απορρίπτονται το ένα το άλλο.
Αυτές οι δυνάμεις, που δρουν εντός του υγρού, ο αέρας γύρω από την λακκούβα και η επιφάνεια στην οποία βρίσκεται η λακκούβα, είναι αρκετές για να διατηρήσουν τη λακκούβα εξαπλωμένη, ανεξάρτητα από το μέγεθός της. Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο περιοδικό Physical Review Letters .
Το μοντέλο τους θα μπορούσε να έχει εφαρμογές για πολλά πράγματα, από το πώς να κρυώνουν τα ηλεκτρονικά, ρέοντας υγρό πέρα από αυτά σε απομόνωση του διοξειδίου του άνθρακα υπόγεια (μερικά σχέδια περιλαμβάνουν την έγχυση υγρού με φορτίο διοξειδίου του άνθρακα σε πορώδη βράχο). Αλλά για αυτές τις εφαρμογές, οι ερευνητές θα πρέπει να επεκτείνουν το μοντέλο για να εξηγήσουν πώς τα υγρά ρέουν πάνω σε τραχιές επιφάνειες. "Μια πραγματική επιφάνεια δεν είναι ποτέ εντελώς επίπεδη και ομαλή", λέει ο Pahlavan Choi για την Inside Science . "[T] εδώ είναι πάντα κάποια τραχύτητα που πρέπει να ληφθεί υπόψη, γεγονός που προκαλεί πολλά νέα χαρακτηριστικά που θα προκύψουν".
