Dos gotas no siempre se convierten en una gota exactamente de la misma manera
Los científicos han utilizado cámaras de súper alta velocidad para filmar el momento en que unas gotas de líquido se combinan entre sí, proporcionando una visión única y sobrenatural de la dinámica de los fluidos que el ojo humano no puede observar por sí solo.
Usando una configuración experimental que involucra dos cámaras de alta velocidad sincronizadas: una que se dispara desde el costado y la otra que mira hacia arriba (cortesía de un espejo en ángulo bajo una diapositiva de vidrio), los investigadores pudieron estudiar la interacción de dos gotas separadas, con una teñida de azul impactando con otra gota clara que descansa sobre una superficie de vidrio.
"En el pasado, ha habido casos en los que dos gotas impactan y uno se pregunta si se han mezclado o si una gota ha pasado sobre la otra", dice el investigador de mecánica de fluidos Alfonso Castrejón-Pita de la Universidad de Oxford.
"Hacer que dos cámaras graben la interacción de gotas desde diferentes puntos de vista responde a esa pregunta".
En las imágenes filmadas, se puede ver que la gota azul, goteada de una bomba suspendida sobre el tobogán, pasa sobre la parte superior de la gota transparente como una manta, creando un chorro de superficie que se forma en menos de 15 milisegundos (15 milésimas de segundo ) después que la pareja se uniera.
La imagen grabada desde la cámara lateral muestra que la gotita azul se encuentra encima de la gotita transparente, con tensión superficial que impide que se mezclen.
Imagen: Diagrama esquemático de la configuración experimental. La gota sésil sin teñir se deposita desde la punta roma 1; la gotita impactante teñida se deposita desde la punta roma 2. Las gotitas fueron iluminadas por una fuente de luz constante.
"Dada una separación lateral suficiente entre gotitas de idéntica tensión superficial, se identifica un robusto chorro de superficie encima de la gotita fusionada", explica en su estudio el equipo de investigación, dirigido por el primer autor Thomas C. Sykes de la Universidad de Leeds.
"El procesamiento de imágenes muestra que este chorro es el resultado de un flujo superficial causado por la inercia del impacto y una línea de contacto inmóvil".
Pero dos gotas no siempre se convierten en una gota exactamente de la misma manera. El chorro de superficie creado en este tipo de evento puede mejorarse o incluso suprimirse, dependiendo de las manipulaciones de la tensión superficial. Este es un ejemplo de un fenómeno llamado efecto Marangoni, que afecta la transferencia de masa a lo largo de una interfaz entre dos fluidos.
Imagen: Vistas lateral e inferior de una gotita teñida que impacta sobre una gotita sésil sin teñir del mismo fluido (fluido 2, etanol al 4%), para tres separaciones laterales. En los paneles (a) y (b), la gotita que impacta choca con la gotita sésil antes del sustrato. En el panel (c), la coalescencia ocurre cuando la gotita impactante se extiende por el sustrato. Todas las barras de escala son de 1 mm.
Además de ser bonito de ver, comprender la dinámica de fluidos aquí podría conducir a nuevos avances en el campo de la impresión 3D, lo que nos ayudará a aprender cómo reaccionarán los químicos globulares cuando la impresora los deje caer uno al lado del otro.
Por supuesto, se necesitan algunas imágenes de alta gama para capturar esta fusión de minutos a medida que sucede, una hazaña posible gracias a las cámaras que funcionan a una velocidad de hasta 25.000 fotogramas por segundo.
"Las técnicas de imagen desarrolladas han abierto una nueva ventana sobre la tecnología de gotas", explica el ingeniero mecánico Mark Wilson de la Universidad de Leeds.
"Pudimos exponer los flujos internos, mientras tomábamos imágenes a una velocidad suficiente para capturar la rápida dinámica".
Los hallazgos se informan en Physical Review Fluids: Surface jets and internal mixing during the coalescence of impacting and sessile droplets
