Παράξενη συμπεριφορά σταγόνων νερού

Από σελίδα του Nature 21-Ιουνίου-2001

Δύο Γάλλοι φυσικοί, η Pascale Aussillous και ο David Quere, στο Εργαστήριο Φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης του College de France, κατόρθωσαν να μετατρέψουν σταγόνες νερού σε μικρά και στρογγυλά σώματα που συμπεριφέρονται σαν να ήταν φτιαγμένα από κάποιο ελαστικό υλικό και κυλούν πάνω σε γυάλινη επιφάνεια χωρίς να την βρέχουν. Οι σταγόνες αυτές επιπλέουν στην επιφάνεια του νερού.

Η κίνηση μικρών ποσοτήτων υγρού πάνω σε μια στερεά επιφάνεια είναι ένας επίμοχθος και σχεδόν αδύνατος στόχος, επειδή το υγρό τείνει να βρέχει την επιφάνεια παρά να κινηθεί ως μονάδα. Διάφορες μέθοδοι έχουν δοκιμαστεί για να αναστείλουν το φαινόμενο και να μεταφέρουν τα σταγονίδια, αλλά αυτά τείνουν να γίνουν είναι δυσκίνητα. Όμως τώρα μια απλή εναλλακτική λύση έχει αναπτυχθεί. Καλύπτοντας τις σταγόνες με μια σκόνη που τα σταματά την επιφάνεια, οι Aussillous και το Quere μετέτρεψαν τα υδάτινα υγρά σταγονίδια σε 'υγρά μάρμαρα' που τότε συμπεριφέρονται όπως ένα μαλακό στερεό σώμα και μπορούν να μετακινηθούν χρησιμοποιώντας βαρυτικές δυνάμεις ή λόγω ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. 
Επιπλέον, επειδή η ιξώδης τριβή που συνδέεται με την κίνηση είναι πολύ μικρή, μπορούμε να επιτύχουμε τις γρήγορες μετατοπίσεις των σταγονίδιων χωρίς οποιεσδήποτε διαρροές.

Οι ερευνητές κάλυψαν τις σταγόνες με ένα υδρόφοβο υλικό, όπως ένα λεπτό στρώμα αργίλου, και τις μετέτρεψαν έτσι σε μικροσκοπικές υγρές μπάλες που, αν τοποθετηθούν πάνω σε μια γυάλινη επιφάνεια, λαμβάνουν σχεδόν τέλεια σφαιρικό σχήμα, εκτός της βάσης τους που μεταμορφώνεται ελαφρά λόγω της βαρύτητας. Αντίθετα, μια κανονική σταγόνα παίρνει φακοειδές σχήμα. Οι σφαίρες έχουν μικρή τριβή καθώς κινούνται πάνω στο γυαλί και δεν αφήνουν κανένα ίχνος νερού πίσω τους όπως θα συνέβαινε φυσιολογικά.

Σε κεκλιμένο επίπεδο κυλούν λαμβάνοντας διάφορα σχήματα και έχουν ποικίλες συμπεριφορές ανάλογα με την κλίση του επιπέδου, το μέγεθος της σταγόνας και τις ιδιότητες του υγρού. Στα υγρά με μεγαλύτερο ιξώδες παρατηρήθηκε ότι οι μικρότερες κυλούσαν γρηγορότερα ενώ οι μεγαλύτερες πιο αργά. Επίσης, σε μεγάλη ταχύτητα -της τάξης του ενός μέτρου ανά δευτερόλεπτο- οι σταγόνες παίρνουν σχήματα φιστικιού ή ρόδας λόγω της κεντρομόλου δυνάμεως. Το μυστικό των ερευνητών βρίσκεται σε μια σκόνη που απωθεί το νερό και όταν έρθει σε επαφή μαζί του προσπαθεί να ξεφύγει.

Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων εμπλουτίζουν τη γνώση για τη συμπεριφορά των ρευστών, η οποία ενδιαφέρει τη χημεία και τη βιομηχανία για την έρευνα σχετικά με τα υδρόφοβα υλικά. Οι ιδιότητα αυτή θα μπορούσε να βρει εφαρμογή στην κατασκευή παρ-μπριζ χωρίς υαλοκαθαριστήρες ή στα εντελώς αδιάβροχα υφάσματα.