שלוליות מרושלות ובוציות שנוצרות על ידי סופות גשם בקיץ חייבות את גבולותיהן לטבילות במדרכה או באדמה. אבל אם כוס יין נשפכת על משטח שיש (היפותטי) שטוח לחלוטין, מה מונע מהשלולית להתפשט לנצח? עד כה, תיאור הפיזיקאים של זרימת הנוזלים לא יכול היה באמת להסביר מדוע השלוליות נפסקות.
לחוקרים ממכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס יש את התשובה, מדווח צ'ארלס צ'. צ'וי למדע פנימי .
באמצעות הדגם הקלאסי, פיזיקאים יתארו את התפשטות הנוזלים כתוצאה מ"תחרות בין כוח המשיכה למתח הפנים ", כותב צ'וי. כוח המשיכה מושך נוזלים למטה ומפיץ את השלולית, ואילו מתח פני השטח, שם המולקולות תלויות זו בזו, גורם לטיפות חרוזים כלפי מעלה.
אך בעוד שניתן להשתמש בדגם הקלאסי כדי להסביר את הצורה הסופית של שלולית, הוא לא מסביר כיצד השלולית התחילה להתפשט מלכתחילה. החישובים במקום זאת מרמזים על כך שהכוחות בשולי השלולית יהיו חזקים מכדי לאפשר התפשטות כלל. "בהשקפה מקרוסקופית של הבעיה הזו, אין דבר שמונע את השלולית להתפשט. כאן חסר משהו ", מסביר אמיר פהלוון, סטודנט לתואר שני ב- MIT בהודעה לעיתונות.
ברור ששלוליות מתפשטות, כך שהפיזיקאים מציגות את המודל שלהן כדי להסביר מדוע. מייקל שירבר כותב עבור APS Physics :
פיתרון פופולרי אחד הוא להניח שסרט מיקרוסקופי דק מצפה את פני השטח לפני השלולית. סרטי מבשר כאלה נצפו בשלוליות שמתרחבות לחלוטין לסדין דק ושטוח - מה שמכונה "הרטבה מלאה" - אך הם לא יכולים להסביר שלוליות שמתפשטות מרחק קצר ואז נעצרות (הרטבה חלקית).
כעת, פהלוואן ועמיתיו הבינו מה עוצר את כוחות השלולית הפועלים במבחן הננו. החוקרים שקלו סרט הנוזל בעובי של פחות ממאה ננומטר, בו מתחיל לפעול משהו שנקרא כוחו של ואן דר וואלס. אינטראקציה זו מתארת תופעה בה ענן האלקטרונים המזמזם סביב אטום משתנה באקראי והמטען שלהם נוטה להצטבר באזור אחד של מולקולה, ויוצר אזורים מעט חיוביים ומעט שליליים. מולקולות שכנות עושות את אותו הדבר, והתוצאה שמולקולות נמשכות או מוסרות זו על ידי זו.
מספיקים כוחות אלה הפועלים בתוך הנוזל, האוויר סביב השלולית והמשטח עליו מונחת השלולית בכדי למנוע מהשלולית להתפשט, ללא קשר לגודלה. החוקרים פרסמו את תוצאותיהם בכתב העת Physical Review Letters .
המודל שלהם יכול להיות בעל יישומים למספר דברים, החל מקרור אלקטרוניקה על ידי זרימת נוזלים עליהם וכלה ברצף פחמן דו חמצני מתחת לאדמה (חלק מהתוכניות כוללות הזרקת נוזל עמוס פחמן דו חמצני לסלע נקבובי). אולם עבור אותם יישומים, החוקרים יצטרכו להרחיב את המודל כדי להסביר כיצד נוזלים זורמים על משטחים גסים. "משטח אמיתי אף פעם לא שטוח וחלק לחלוטין", אומר פהלוואן לצ'וי עבור Inside Science . "[T] הנה תמיד קצת חספוס לקחת בחשבון, מה שגורם לתכונות חדשות רבות להתעורר."
