Tokyo Metropolitan Üniversitesi’nden araştırmacılar, köpüklerden gelen sıvının drenajının arkasında uzun süredir devam eden bir gizemi çözdüler. Standart fizik modelleri, sıvının altını boşaltması için gereken köpüklerin yüksekliğini çılgınca fazla tahmin eder. Dikkatli gözlem yoluyla, ekip, sadece statik bir engel setinden itmekle kalmayıp, kabarcıkları yeniden düzenlemek için gereken basınçla belirlendiğini buldu.
Yaklaşımları, yumuşak materyalleri anlamak için dinamiklerin önemini vurgulamaktadır. Çalışma şurada yayınlandı Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi.
Bir duvara köpük püskürttüğünüzde, genellikle alttan dışarı çıkan sıvı damlacıklarını göreceksiniz. Çünkü köpükler, birbirine bağlı yolların karmaşık bir labirentini oluşturan sıvı duvarlarıyla bağlanan yoğun bir kabarcık koleksiyonudur. Sıvının bu yollar boyunca hareket etmesi, köpüğü bırakarak veya köpükle temas ettirilen sıvı emmesi mümkündür.
Bu “emici sınır”, “ozmotik basınç” olarak bilinen bir miktarla belirlenir, bu da kabarcıklar birlikte ezildiğinde enerji değişimini yansıtarak sıvı ve gaz arasındaki temas alanını değiştirir.
Ya da insanlar düşündü. Yıllar boyunca, bilim adamları, bu sınırın karşılanması için belirli bir köpüğün ne kadar yükseklik olması gerektiğini gösteren basit hesaplamalarla şaşkına döndüler. Sadece kabarcık boyutları ve yüzey gerginliğinden belirlenen ozmotik basınç, bu sınır karşılanmadan önce bir metre kadar köpük yüksekliğine ihtiyacınız olduğunu gösterebilirken, araştırmacılar on santimetre yüksekliğinde bir köpükün sıvının sızmasına izin vereceğini görebilir.
Temizlik ürünlerinden ilaçlara kadar köpükler günlük yaşamın bir parçasıdır; Belirli uygulamalar için optimize edilmiş ürünler tasarlamak için, örneğin drenaja direnen köpükler, işyerinde fiziksel mekanizmaları anlamamız çok önemlidir.
Tokyo Metropolitan Üniversitesi’nden Profesör Rei Kurita liderliğindeki bir ekip basit köpüklerde drenaja bakıyor. Ekip, farklı özelliklere sahip farklı köpüklerden oluşan bir kütüphane oluşturmak, şeffaf plakalar arasında sandviç yapmak ve eğer boşaltılırken içeride neler olup bittiğini ortaya çıkarmak için dik durdurmak için çeşitli yüzey aktif cisimleri kullandı.
İlk olarak, drenajın başladığı yüksekliğin, yüzey aktif madde tipinden veya kabarcık boyutundan bağımsız olarak köpüğün sıvı fraksiyonu ile ters orantılı olduğu evrensel bir davranış keşfettiler. Sınırla ilgili analizleri, emici sınırın karşılandığı, “etkili ozmotik basınç” sağlar, “önemli ölçüde daha düşük” kabarcık boyutlarından ve yüzey geriliminden beklenenden.
Çizim tahtasına geri dönerken, ekip doğrudan bir video kamera ile köpüğün içine baktı.
Drenaj noktasına yeni çıkaran köpükler için, sıvının sadece bağlantıların labirentini itmediğini, ancak kabarcıkların kendilerinin yeniden düzenlemesine neden olduğunu keşfettiler. Drenajın meydana geldiği sınırın yüzey gerilimi ile değil, “verim stresi” ile belirlendiğini, kabarcıkları yeniden düzenlemek için gereken basınç miktarı olduğunu bulmuşlardır. Önemli olarak, bu model gerçeklikle eşleşen köpükleri boşaltma yükseklikleri verir.
Bu sonuç, köpük drenajına nasıl baktığımızın temel resmini, boşluklar boyunca hareket eden sıvının statik bir resminden, boşlukların kendilerinin hareket edebileceği dinamik birine kadar yükselir. Ekip, bulgularının yumuşak malzemelerin davranışlarına ve daha iyi köpük ürünleri tasarlamaya yaklaşımlara ilham vermesini umuyor.
