En la mayor parte, los investigadores de dinámica de fluidos han centrado sus esfuerzos en comprender los detalles del impacto de las gotas en superficies planas rígidas; el efecto de curvado, Las superficies convexas o adaptables sobre la dinámica de las gotas que impactan aún son relativamente desconocidas. Esto es a pesar de su extrema relevancia para las aplicaciones modernas, como la impresión por chorro de tinta en 3D y la aplicación de pesticidas en las hojas.

Un equipo de investigadores del Laboratorio de Física Técnica de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido ahora ha detallado estos efectos al investigar el impacto de las gotas de agua en superficies esféricas blandas. Presentan su investigación esta semana en la revista Física de fluidos , de AIP Publishing.

Usando un elastómero de silicona de polidimetilsiloxano (PDMS), los investigadores produjeron una variedad de sustratos elásticos hemisféricos convexos. El equipo de Liverpool llevó a cabo diferentes conjuntos de experimentos, variando los parámetros de impacto, incluidas las relaciones de diámetro, módulo de elasticidad del polímero y números de Weber.

"Cogimos un material blando, un polímero de silicona, y pudimos cambiar la suavidad o dureza de esta silicona, preparándolo de diferentes formas, "dijo Volfango Bertola, miembro del equipo de investigación.

El análisis del equipo se centró en las cantidades que caracterizan la morfología, o la extensión y retracción, de gotas impactantes, y los efectos que tienen los parámetros de impacto sobre la extensión y la retracción. Utilizaron el procesamiento de imágenes para vislumbrar estos fenómenos, y luego para medir rangos de ángulos de dispersión, longitudes de curvas humedecidas y ángulos de contacto dinámicos para gotas de agua que impactan varios polímeros.

Una técnica de procesamiento de imágenes única basada en una máscara goniométrica proporcionó mediciones del ángulo de contacto dinámico durante el impacto. Esta nueva técnica no requiere que la forma de la gota sea esférica, o incluso ser simétrico, y esto es lo que hizo posible la medición del ángulo de contacto dinámico.

Los investigadores demostraron que la curvatura de la superficie mejora la retracción de la gota impactada. Determinaron que esto se debía a la diferencia de disipación de energía inducida por la curvatura de la superficie. Esta disipación es lo que hace que la temperatura de las gotas aumente durante el impacto.

Generalmente, Se demostró que los parámetros de impacto afectan significativamente el ángulo de contacto dinámico durante el impacto. Una estimación cuantitativa de la energía de deformación mostró que esta energía cae muy por debajo de la disipación viscosa.

De los tres parámetros de impacto estudiados, Se demostró que el número de Weber crea el mayor efecto sobre el ángulo de contacto dinámico. En todas las situaciones estudiadas, Se observó un aumento en el número de impacto de Weber para reducir sistemáticamente el ángulo de contacto dinámico, independientemente de los demás valores de los parámetros de impacto. De hecho, el equipo de Liverpool descubrió que el efecto de la relación de diámetro y el módulo de elasticidad en la extensión es limitado.

El uso de un enfoque simple de conservación de energía para tener en cuenta la disipación de energía a través de la deformación del sustrato explica solo una pequeña parte de los resultados experimentales. El grupo determinó que este enfoque no era suficiente para explicar, específicamente, la longitud máxima de esparcimiento. Esta, y otros factores, provoca nuevas preguntas sobre el impacto de la caída en superficies blandas convexas; sin embargo, el proceso está bien encaminado gracias a estos científicos.

"Hay una especie de área nueva que se puede explorar, este es el primer trabajo que habla de impactos en esferas blandas. Con suerte, esto animará a otros a estudiarlos con mayor detalle, tanto experimental como numéricamente, ", Dijo Bertola.