Cuando derrama un poco de agua sobre una mesa, el charco se extiende y luego se detiene, dejando un área de agua bien definida con un límite afilado.
Solo hay un problema: las fórmulas que usan los científicos para describir un flujo de líquido así dicen que el agua debería seguir extendiéndose sin cesar. Todos saben que ese no es el caso, pero ¿por qué?
Este misterio ahora ha sido resuelto por investigadores del MIT, y si bien este fenómeno puede parecer trivial, las ramificaciones del hallazgo podrían ser significativas: comprender estos fluidos fluidos es esencial para los procesos desde la lubricación de engranajes y maquinaria hasta el posible secuestro de carbonoemisiones de dióxido en formaciones subterráneas porosas.
Los nuevos hallazgos se informan en la revista Cartas de revisión física en un artículo de Ruben Juanes, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental, estudiante graduado Amir Pahlavan, investigador asociado Luis Cueto-Felgueroso y profesor de ingeniería mecánica Gareth McKinley.
"El modelo clásico de película delgada describe la propagación de una película líquida, pero no predice que se detenga", dice Pahlavan. Resulta que el problema es de escala, dice: es solo a nivel molecularque las fuerzas responsables de detener el flujo comienzan a aparecer. Y a pesar de que estas fuerzas son minúsculas, su efecto cambia la forma en que el líquido se comporta de una manera que es obvia a una escala mucho mayor.
"Dentro de una vista macroscópica de este problema, no hay nada que impida la propagación del charco. Aquí falta algo", dice Pahlavan.
Las descripciones clásicas de la dispersión tienen una serie de inconsistencias: por ejemplo, requieren una fuerza infinita para que un charco comience a extenderse. Pero cerca del borde de un charco, "las interfaces líquido-sólido y líquido-aire comienzan a sentirse entre sí,"Pahlavan dice." Estas son las fuerzas intermoleculares que faltan en la descripción macroscópica. "La explicación adecuada de estas fuerzas resuelve las paradojas anteriores, dice."
"Lo que sorprende aquí", agrega Pahlavan, es que "lo que realmente detiene el charco son las fuerzas que solo actúan a nanoescala". Esto ilustra muy bien cómo la física de nanoescala afecta nuestras experiencias diarias, dice.
Si la leche derramada de alguien se detiene en la mesa o hace un desastre en todo el piso puede parecer un problema de poca importancia, excepto para la persona que podría empaparse o tener que limpiar el derrame. Pero los principios involucrados afectan unUna serie de otras situaciones en las que la capacidad de calcular cómo se comportará un fluido puede tener consecuencias importantes. Por ejemplo, comprender estos efectos puede ser esencial para determinar cuánto petróleo se necesita para evitar que un tren de engranajes se seque o cuánta perforación "."se necesita lodo" para que una plataforma petrolera funcione sin problemas. Ambos procesos implican flujos de películas delgadas de líquido.
Juanes dice que muchos flujos más complejos de fluidos también se reducen a los mismos principios subyacentes, por ejemplo, el secuestro de carbono, el proceso de eliminar el dióxido de carbono de las emisiones de combustibles fósiles e inyectarlo en formaciones subterráneas, como rocas porosas.Comprender cómo se extenderá el líquido inyectado a través de los poros en la roca, tal vez desplazando el agua, es esencial para predecir qué tan estables pueden ser esas inyecciones.
"Comienza con algo muy simple, como la propagación de un charco, pero llega a algo muy fundamental sobre las fuerzas intermoleculares", dice Juanes. "El mismo proceso, la misma física, estará en juego en muchos flujos complejos."
Otra área en la que los nuevos hallazgos podrían ser importantes es en el diseño de microchips. A medida que sus características se vuelven cada vez más pequeñas, controlar la acumulación de calor se ha convertido en un problema de ingeniería importante; algunos sistemas nuevos usan líquidos para disipar ese calor. Comprender cómotales fluidos de enfriamiento fluirán y se extenderán por el chip podrían ser importantes para diseñar tales sistemas, dice Pahlavan.
Este análisis inicial se ocupó solo de superficies perfectamente lisas. Al realizar la investigación, dice Juanes, el siguiente paso será extender el análisis para incluir flujos de fluidos sobre superficies rugosas, que se aproximan más a las condiciones, por ejemplo, de los fluidosen formaciones porosas subterráneas. "Este trabajo nos coloca en una posición para poder describir mejor los flujos multifásicos en geometrías complejas como fracturas rugosas y medios porosos".
El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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