La fisica dei cerchi di caffè

On December 20, 2010

Per Secoli gli intellettuali si sono incontrati nei bar di tutto il mondo per discutere dei più urgenti problemi del pianeta – ma qualcuno di loro ha mai riflettuto sulle macchie di caffè che lasciavano alle loro spalle sui tavolini dei bar? 

 

Partendo da questa fondamentale ed acuta osservazione, un gruppo di ricercatori ha deciso di studiare le cause che determinano la formazione di macchie circolari di caffè su una superficie.

Si potrebbe pensare che la formazione delle tipiche macchie circolari di caffè, descritte quantitativamente dal gruppo di scienziati guidati da Robert Deegan dell’Università del Michigan, sia l'esperimento maggiormente riprodotto nel mondo, data l'importanza che il caffè ha in molte culture. Ma non è così! Poiché, sorprendentemente, molti di noi non portano sempre con se un microscopio con scanner elettronico e dei modelli matematici per valutare correttamente i dati relativi alle macchie prodotte sulle tovaglie, o raggiungere delle significative conclusioni che vadano oltre il classico “usa un sottobicchiere”.

Ora Shreyas Mandre della Brown University, Ning Wu della Colorado School of Mines e L. Mahadevan e Joanna Aizenberg della Harvard University hanno finalmente trovato una risposta a questa fondamentale domanda. Infatti il gruppo di ricercatori ha introdotto un nuovo modello predittivo che combina gli studi in laboratorio delle particelle di gas microscopiche in una soluzione con delle teorie matematiche per predire l'esistenza, lo spessore e la lunghezza dei cerchi che si formano.

I loro risultati suggeriscono che la formazione degli agglomerati di particelle può essere controllata alterando i parametri fisici come l'evaporazione e la tensione superficiale.

"Controllare il processo di deposizione potrebbe essere utile per creare cose come nuovi oggetti microfisici operanti a scale in cui altri classici strumenti per le particelle in movimento non possono operare”, afferma Mandre.

Il gruppo di ricerca ha osservato che durante la formazione degli anelli, uno strato di particelle di spessore uniforme si deposita solo se la concentrazione è sopra una certa soglia. Sotto questa soglia le particelle si depositano in modo da formare delle strisce non  uniformi. L'esistenza di tale soglia si deve al fatto che l'evaporazione all'interfaccia liquida-solida del bordo avviene più velocemente,  portando quindi  al deposito delle particelle sul bordo.

Sfruttare questo rapporto tra l'evaporazione e il riempimento è la chiave per controllare il processo come un mini apparecchio, afferma Mandre. Le applicazioni potenziali includono la stampa, i rivestimenti industriali, le fabbricazioni elettroniche e la progettazione di nuove medicine.

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