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Aug 06, 2023

Da diffondere o far scorrere? Gli scienziati scoprono come f

Decifrare come vengono distribuiti i materiali morbidi con una piastra Immagine della Tokyo Metropolitan University: aumentando la velocità della piastra, la schiuma non viene più distribuita in modo uniforme, ma scivola su uno strato di liquido.

Decifrare come si stendono i materiali morbidi con un piatto

Università Metropolitana di Tokio

immagine: Aumentando la velocità della piastra, la schiuma non viene più distribuita in modo uniforme, ma scivola su uno strato di liquido. A velocità ancora più elevate, viene lasciata una sottile scia di schiuma.vedere di più

Credito: Università metropolitana di Tokyo

Tokyo, Giappone – I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno scoperto la fisica alla base del modo in cui le schiume vengono distribuite sulle superfici. Palline di schiuma poste su un substrato piano sono state raschiate con una piastra e osservate. Hanno identificato diversi modelli che dipendono fortemente dalla velocità di raschiamento, governata da fenomeni fisici concorrenti. Le loro scoperte si applicano a tutti i tipi di materiali morbidi che devono essere distribuiti uniformemente sulle superfici, dalla maionese sul pane all’isolamento delle pareti.

Che si tratti di schiuma da barba, schiuma isolante nei muri o margarina sul pane tostato, la diffusione di materiali morbidi su superfici piane è un processo importante, sia dal punto di vista pratico quotidiano che di ottimizzazione dei processi industriali. Eppure, sorprendentemente, si sa poco sul comportamento di diffusione delle schiume, in particolare quando si tratta di come una lama piatta o una piastra possano raschiarle sulla superficie formando uno strato.

Ciò ha ispirato i ricercatori guidati dal professor Rei Kurita della Tokyo Metropolitan University a dare un'occhiata più da vicino a cosa sta succedendo. Hanno creato piccole cupole di schiuma detergente su una superficie piana e le hanno raschiate con una lastra acrilica, avendo cura di mantenere fissa la distanza tra la lastra e la superficie. L'intero processo è stato osservato in profondità con una videocamera. Curiosamente hanno scoperto che il modo in cui la schiuma si diffonde cambia completamente al variare della velocità della piastra, e quanta affinità ha il liquido nella schiuma con la superficie, cioè se è idrofilo (attira l'acqua) o idrofobo (respinge acqua).

Su una superficie idrofobica, a basse velocità di raschiatura, la schiuma si diffonde in modo uniforme, creando una lunga sezione della stessa larghezza della cupola originale. Tuttavia, aumentando la velocità, la schiuma non si espande più ma costeggia la superficie su un sottile strato di fluido; la piastra si muove lasciando pochissima schiuma al suo passaggio. Alla fine, alle velocità più elevate provate, il regime di diffusione ritorna, solo che ora la larghezza della coda di schiuma è più sottile della cupola originale. Invece, su una superficie idrofila, non c'era traccia del primo regime.

La differenza riscontrata tra le due superfici ha portato il team a concentrarsi sull'effetto di “bagnatura”, ovvero se al liquido nella schiuma piace coprire la superficie. Concentrandosi sull'aspetto del regime a bassa velocità, hanno scoperto che sulle superfici idrofobiche, i film di detergente che compongono la schiuma tendono ad ancorarsi sulla superficie poiché il liquido tende a “sgrassarsi”. L'immagine che emerge è quella in cui la schiuma viene semplicemente diffusa progressivamente dalla cupola dalla piastra mentre si muove. Tuttavia, se la schiuma viene forzata abbastanza velocemente da bagnare la superficie, la schiuma ora avrà uno strato lubrificante alla base. Le pareti nella schiuma, note anche come bordi del plateau, non possono più afferrare il substrato e bloccarsi in posizione. Questo è il motivo per cui una piastra più veloce lascerà una sottile sezione di schiuma dove originariamente si trovava la cupola, ma spingerà il resto su un sottile strato di liquido, lasciando solo una scia di liquido. L'indagine ha analizzato non solo la velocità della lamiera, ma anche l'effetto della larghezza della fessura e dello spessore della lamiera.

Le scoperte del team fanno luce sugli aspetti meno conosciuti di un fenomeno quotidiano, con un impatto potenziale significativo non solo sulle schiume, ma su una gamma più ampia di materiali morbidi, che si tratti di vernici, rivestimenti protettivi o maionese.

Questo lavoro è stato supportato dai numeri di sovvenzione JSPS KAKENHI 20K14431, 17H02945 e 20H01874.

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