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Particelle disperse in una goccia di liquido posta a evaporare, come una goccia di caffè, lasciano una ben visibile macchia ad anello una volta che è evaporato tutto il liquido. Lo studio effettuato da questo gruppo di ricercatori dell'Università di Twente (A. Marin et al. 2011) dimostrerebbe che la caratteristica macchia anulare rimane perchè le particelle in dispersione si muovono verso il bordo esterno mentre il liquido della goccia evapora. Mentre all'esterno della macchia le particelle sono altamente organizzate, andando verso l'interno subentra il disordine. E' una transizione strutturale quella che avviene, da cristalli ordinati ad impacchettamenti disordinati.
We show that this sharp transition originates from a temporal singularity of the flow velocity inside the evaporating droplet at the end of its life. When the deposition speed is low, particles have time to arrange by Brownian motion, while at the end, high-speed particles are jammed into a disordered phase.[A. Marin cit.]
(Abbiamo dimostrato che questa brusca transizione nasce da una singolarità temporale della velocità di flusso all'interno della goccia in evaporazione, quando quasi tutto il liquido è evaporato. Quando la velocità di deposizione è bassa, a livello di moto browniano, le particelle hanno il tempo di organizzarsi, mentre alla fine, le particelle ad alta velocità rimangono bloccate in una fase disordinata)
A mano a mano che il liquido evapora le particelle si trasferiscono verso il bordo della goccia, così da lasciare immutata la concentrazione di soluto nel liquido rimanente. Durante questa fase la velocità di trasferimento delle particelle è piuttosto lenta. Però, quando il liquido all'interno della goccia comincia a diminuire e la goccia diventa più piatta, aumenta la velocità di flusso perchè la stessa quantità di liquido deve evaporare attraverso una superficie minore. L'aumento della velocità destabilizza la formazione di cristalli generando una deposizione di particelle caotica.
Il mio interesse verso tutte le forme di flusso di particelle microscopiche e nanoscopiche è dovuto al fatto che queste possono, in ultima analisi, paragonarsi alle dinamiche dei flussi elettrochimici nel cervello, per il fatto che anche lì possono verificarsi situazioni nelle quali una forzatura fisica si trasforma in un particolare comportamento, che quindi risulterebbe non completamente intenzionale.
Molto interessante anche il filmato realizzato dai ricercatori dell'Università di Twente.
Fonti:
Álvaro Marín, Hanneke Gelderblom, Detlef Lohse, Jacco Snoeijer. Order-to-Disorder Transition in Ring-Shaped Colloidal Stains. Physical Review Letters, 2011; 107 (8) DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.085502
Rush Hour in a Coffee Stain: Transition from Order to Disorder
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