La costruzione di castelli di sabbia sulla spiaggia è una tradizione consolidata in tutto il mondo. Recentemente ha aiutato un team di ricercatori a risolvere un mistero vecchio di 150 anni: l’equazione di Kelvin.
Un team di scienziati dell’Università di Manchester, nel Regno Unito, guidato dal Premio Nobel per la fisica Andre Geim, è riuscito a risolvere un mistero di 150 anni dietro un fenomeno naturale che aiuta nella costruzione di castelli di sabbia. I ricercatori sono stati in grado di demistificare, in laboratorio, il processo di condensazione capillare microscopica. Le conclusioni del team dimostrano che Lord Kelvin, uno dei grandi pionieri della fisica, aveva ragione e torto allo stesso tempo.
Poiché la condensazione capillare è un fenomeno fondamentalmente microscopico che coinvolge alcuni strati molecolari di acqua, perché può essere descritta utilizzando equazioni macroscopiche e caratteristiche macroscopiche dell’acqua di massa? Lo studio, pubblicato a dicembre su Nature, risponde a questa domanda.
La condensazione capillare è un fenomeno onnipresente che influenza proprietà importanti come attrito, adesione, attrito, lubrificazione e corrosione. Inoltre, è importante in molti processi tecnologici utilizzati nella microelettronica, nel settore farmaceutico, alimentare e in altri settori.
Infatti, “nemmeno i castelli di sabbia potrebbero essere costruiti se non fosse per la condensazione capillare“, ha spiegato Andre Geim.
Anche all’interno di materiali porosi o tra le superfici a contatto, il vapore acqueo condensa spontaneamente. Nel caso dei castelli di sabbia, l’acqua serve come una sorta di colla che tiene insieme i grani attraverso forze capillari. Questo fenomeno si verifica anche quando gli strati d’acqua sono composti da poche molecole.
Nel 1871, il fisico Lord Kelvin propose la prima descrizione macroscopica approssimativa della condensazione capillare. L'”equazione di Kelvin” sembrava funzionare abbastanza bene su scala microscopica, ma non c’erano prove scientifiche. Almeno finora.
Teoria di 150 anni
Il team dell’università britannica ha creato capillari artificiali in grado di ospitare solo uno strato di molecole d’acqua. L’obiettivo era scoprire come un fenomeno fondamentalmente microscopico possa essere descritto utilizzando equazioni macroscopiche e caratteristiche macroscopiche dell’acqua di massa.
In laboratorio, gli scienziati sono giunti alla conclusione che l’equazione di Kelvin può descrivere la condensazione capillare anche nei capillari più piccoli, almeno qualitativamente. “È stata una grande sorpresa. Mi aspettavo una rottura completa della fisica convenzionale“, ha detto Qian Yang, l’autore principale dello studio. “La vecchia equazione ha finito per funzionare molto bene. È stato un po’ deludente, ma è stato anche emozionante risolvere questo mistero secolare“.
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