Al tomar un refrigerio de un camión de comida, es probable que encuentre deliciosos rellenos envueltos en un paquete ordenado de masa. Es fácil visualizar la forma en que los alimentos de mano, como empanadas o albóndigas, forman una forma de media luna. Pero,Hasta hace poco, los investigadores sabían mucho menos sobre cómo se comportan los objetos envueltos a escala microscópica.
Ingrese Joseph Paulsen, profesor asistente de física en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Syracuse, quien es coautor de un nuevo informe en Materiales de la naturaleza . Dice que la mecánica es notablemente similar.
Paulsen investiga la física de la materia condensada blanda o "el estudio de las cosas blandas", explica. Esta área de investigación se centra en sustancias que pueden doblarse o deformarse fácilmente, como líquidos, espumas y geles. En este caso, Paulsen y sus colegas investigaron la forma en que las láminas elásticas muy delgadas envuelven gotas de agua.
Las gotas de envoltura pueden ser útiles cuando se trata con líquidos peligrosos o delicados. Usar láminas delgadas para cubrir las gotas, en lugar de sustancias convencionales como las moléculas de surfactante en el jabón, proporciona ventajas únicas, incluida la creación de una barrera más fuerte.
Paulsen envolvió gotas de agua con láminas elásticas 1000 veces más delgadas que un cabello humano para comprender los mecanismos de contención cuando una envoltura casi no ofrece resistencia a la flexión. El equipo esperaba encontrar las láminas envolviéndolas en forma esférica, como un pequeñogota de rocío. "Lo sorprendente fue que las gotitas envueltas parecen alimentos de la calle, como un calzone o una empanada", dice Paulsen.
Una gota líquida envuelta en una lámina elástica ultradelgada se asemeja a una empanada de 3 milímetros de largo.
Para descubrir por qué las gotitas envueltas no son esféricas, Paulsen se asoció con Vincent Démery, un físico teórico, mientras ambos eran investigadores posdoctorales en la Universidad de Massachusetts, Amherst, trabajando con el físico experimental Narayanan Menon, los físicos teóricos BenjaminDavidovitch y Christian Santangelo, y el científico de polímeros Thomas Russell. Al modelar matemáticamente formas de gotas envueltas, los investigadores descubrieron que la característica forma de media luna surgió de un principio bastante simple ". Las formas poligonales son más eficientes para cubrir la gota, lo que significa que menosel área de la gota permanece expuesta al líquido exterior ", explicó Démery.
El equipo también descubrió que a veces la respuesta más simple es la más informativa, al menos cuando se trata de predecir formas envueltas. La envoltura de cada gota crea su propio patrón de pliegues, arrugas y arrugas a medida que la hoja se colapsa alrededor del líquido.Los investigadores descubrieron que estas complejidades podían ignorarse al predecir la conformación final. Lo único que importaba era identificar la forma tridimensional más eficiente.
Paulsen investigó experimentalmente la envoltura al diseñar metodologías inteligentes para colocar una delicada lámina elástica sobre una gota de agua sumergida en aceite, "algo así como una tapa polar", dice Paulsen. Mientras el líquido de la gota se aspiraba lentamente a través de una pajita, elhoja delgada se derrumbó alrededor de la gota.
Publicando en Materiales de la naturaleza es una recompensa emocionante por el arduo trabajo del equipo, dice Paulsen. "Es una revista que tiene una gran visibilidad y permitirá que mucha gente vea este trabajo y desarrolle este tipo de investigación aún más".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Syracuse . Original escrito por Elizabeth Droge-Young. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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