Un par de ingenieros de la Universidad de Houston han descubierto que pueden crear fuentes ascendentes en el agua haciendo brillar rayos láser en la superficie del agua. Jiming Bao, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la UH, y su estudiante de posdoctorado Feng Lin, atribuyen el hallazgo a un fenómeno conocido como efecto Marangoni, que provoca la convección y explica el comportamiento del agua cuando existen diferencias en la tensión superficial.
Aunque se describió por primera vez en la década de 1860, el efecto Marangoni todavía se está abriendo camino en la ciencia.
«Científicamente nadie ha predicho o imaginado este tipo de deformación hacia arriba antes», informa Bao en Materiales Hoy Física. «Es bien sabido que una convección de Marangoni hacia el exterior desde una región de baja tensión superficial hará que la superficie libre de un líquido se deprima. Aquí, informamos que esta percepción establecida solo es válida para películas líquidas delgadas. Utilizando el calentamiento por láser de superficie, demostramos que en líquidos profundos, un rayo láser eleva el fluido sobre la superficie libre generando fuentes con diferentes formas».
Aquí hay una imagen de Marangoni: espolvoree un manojo de pimienta en un recipiente con agua. Luego exprima una gota de detergente líquido (lavavajillas, ropa, incluso una pizca de jabón o pasta de dientes) en el centro del mismo recipiente y observe cómo la pimienta se desparrama rápidamente por los lados del recipiente. Ese simple experimento ilustra el efecto Marangoni, que aparece en muchas aplicaciones de la dinámica de fluidos.
En la encarnación más reciente, las fuentes de líquido inducidas por láser del efecto Marangoni tienen potencial para impactar en aplicaciones que involucran líquidos o materias blandas, como litografía e impresión 3D, transferencia de calor y transporte de masa, crecimiento de cristales y soldadura de aleaciones, rejilla dinámica y modulación de luz espacial y Microfluídica y óptica adaptativa.
Inspirándose en su trabajo anterior, la exitosa simulación de la depresión de la superficie interna en un líquido poco profundo, Bao aumentó la profundidad del ferrofluido en la simulación actual. Ferrofluid es un líquido llamado «mágico» y es mejor conocido por sus sorprendentes picos superficiales generados por un imán.
«Comprender la deformación de la superficie distinta en líquidos con diferentes profundidades ayuda a desentrañar la dinámica del proceso de deformación de la superficie», dijo Bao.
Bao utilizó un rayo láser de onda continua de baja potencia (<1 W) para crear un campo de temperatura superficial no uniforme para inducir el efecto Marangoni. Para comprender las distintas deformaciones entre líquidos profundos y superficiales, varió el grosor de la capa de líquido manteniendo el mismo rayo láser.
Las fuentes de láser y la transición dependiente de la profundidad de la indentación de la superficie a la fuente de láser nunca se han informado en la literatura, probablemente porque ninguna teoría existente las prevé.
«Hacemos hincapié en que ha habido numerosos intentos de comprender la deformación de la superficie impulsada por el flujo de Marangoni, pero ninguna teoría existente puede predecir los patrones de deformación de un líquido con una profundidad arbitraria de una manera directa», dijo Bao.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por universidad de houston. Original escrito por Laurie Fickman. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
