نوسانات شکل یک قطره‌ی متحرک از آلودگی‌های روی سطح قطره پرده برمی‌دارد.

وقتی‌که قطره‌ای از یک سیال از میان سیال دیگر عبور می‌کند شکلش نوساناتی دارد. این نوسانات به کشسانی قطره بستگی دارد که به نوبه‌ی خود به بین سطحی مابین قطره و سیال پیرامونی‌اش که شامل آلاینده‌هاست، وابسته است. اکنون بنجامین لالان (Benjamin Lalanne) از دانشگاه تولوز فرانسه و همکارانش روشی را ارائه داده‌اند که از این ارتباط برای تعیین اینکه آلودگی‌ها چگونه بر روی یک سطح قطره می‌نشیند، استفاده می‌کند. روش‌ آن‌ها می‌تواند در کاربردهای صنعتی (مثل رآکتورهای شیمیایی) مفید واقع شود. بعلاوه می‌توان از این روش در شرایطی که دانستن سطح آلودگی یک سیستم آزمایش‌های با کنترل بیشتر را ممکن می‌سازد، بهره برد.

حدود سی سال پیش پژوهش‌گران نوسانات شکل قطره را با استفاده از کشسانی گیبس (توانایی سطح یک قطره برای کشیده‌شدن و تغییرشکل) توضیح داده‌اند. این نظریه پیش‌بینی‌ می‌کند که حضور آلاینده‌ها به طور قابل ملاحظه‌ای آهنگ نوسانات را میرا می‌سازد. دیگران این نظریه را با مشاهده‌ی نوسان قطرات با سطوح آلوده در آزمایش‌هایی که تحت شرایط میکروگرانش انجام یافته‌اند، تایید کرده‌اند. اما اعتبار این نظریه تحت گرانش زمین ناشناخته باقی مانده بود. به زعم پژوهش‌گران بالارفتن در یک سیال (مثل یک قطره‌ که با نیروی شناوری و گرانش درگیر می‌شود) می‌تواند نوسانات شکل قطره را تحت تاثیر قرار دهد طوری‌که کشسانی گیبس را نتوان در مورد آن استنباط کرد.

لالان و همکارانش شبیه‌سازی‌های عددی از قطره آلوده را هم با اثرات گرانش و هم بدون آن به راه انداخته‌اند. آن‌ها دریافتند که گرانش اثر قابل چشم‌پوشی بر نوسانات شکل قطره دارد. آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که ثبت شکل متغیر یک قطره‌ی متحرک با یک دوربین سرعت-بالا می‌تواند به مشاهده‌گر این امکان را بدهد تا کشسانی گیبس قطره را استنباط کرده و بنابراین غلظت آلودگی‌های روی سطحش را، حتی بدون شرایط میکروگرانشی، که دست‌یابی به آن‌ هزینه‌بر است بدست آوردند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریو لترز منتشر شده است.

نویسنده:

اریکا کارلسون (Erika K. Carlson) کمک ویراستار مجله‌ی فیزیک در نیویورک است.

منبع:

Droplet Shape Reveals Contaminants