Microscopische druppeltjes in krimpfolie verpakt in dunne elastische vellen nemen op de telltale een halve maan vorm van een empanada of in een calzone. Dergelijke structuren kunnen op een dag vervangen de chemische oppervlakteactieve stoffen in zeep, omdat de platen zorgen voor een sterkere barrière te omsluiten gevaarlijke of gevoelige vloeistoffen.
In een nieuw papier in de Natuur Materialen, de Universiteit van Syracuse natuurkundige Joseph Paulsen verslag van zijn laatste experimenten in zachte gecondenseerde materie, een.k.a. de wetenschap van “zompig dingen.” Hij was geïnteresseerd in het leren meer over hoe druppels water verpakt in zeer dunne elastische vellen (duizend keer dunner dan een menselijke haar) gedragen op de microscopische schaal — in dit geval de vellen die bocht is erg gemakkelijk, met weinig tot geen weerstand.
In eerste instantie Paulsen verwacht dat de gewikkeld druppels eruit zou zien bollen. Dit maakt het intuïtieve gevoel, aangezien de meeste bubbels nemen op een ronde vorm, met dank aan het fenomeen van de oppervlaktespanning, een kracht die ontstaat uit de moleculaire aantrekkingskracht. Een bubble, in essentie, is een volume van lucht verpakt in een zeer dunne vloeistof die de huid. Hoe groter de oppervlakte, hoe meer energie die nodig is om een bepaalde vorm. Zo een bubble zal trachten te nemen van de vorm met de minste oppervlakte: een bol.
In plaats daarvan, Paulsen gevonden dat, hoewel ze begonnen met het sferische, als ze bezweken onder de dunne lakens, zijn krimpfolie verpakt mini-druppels gevormd halve manen, kijken veel meer als een empanada dan een dauwdruppel:
Nieuwsgierig naar de reden waarom hij samen met enkele collega ‘ s in de fysica en de wiskunde. Samen ontdekten ze dat deze soorten vormen zijn efficiënter dan een bol, ten minste voor deze gemakkelijk buigbaar lakens op de microscale. De halve maan geometrie heeft betrekking op de waterdruppel op een manier die minder van het gebied wordt blootgesteld aan de buitenste vloeistof.
Gesponsord
En hoewel de lakens vouwen, verfrommelen en rimpel in unieke patronen als ze instorten rond de druppeltjes, dit leek niet al te veel effect te hebben op de uiteindelijke empanada vorm. De natuur is alles over efficiëntie, gewoon en eenvoudig.
Referentie:
Paulsen, Joseph D. et al. (2015) “een Optimale verpakking van vloeibare druppels met ultra dunne platen,” Nature Materials 14: 1206-1209.
[Via Nanowerk Nieuws]
Afbeeldingen en video: Paulsen et al/Natuur Materialen.