Genangan air berlumpur dan berlumpur yang diciptakan oleh badai hujan musim panas berhutang pada batas kemiringan di permukaan jalan. Tetapi jika segelas anggur tumpah di meja datar (hipotetis), apa yang mencegah genangan menyebar selamanya? Sampai sekarang, deskripsi fisikawan tentang aliran cairan tidak dapat menjelaskan mengapa genangan air berhenti.
Para peneliti dari Massachusetts Institute of Technology memiliki jawabannya, lapor Charles Q. Choi untuk Inside Science .
Menggunakan model klasik, fisikawan akan menggambarkan penyebaran cairan sebagai hasil dari "persaingan antara gravitasi dan tegangan permukaan, " tulis Choi. Gravitasi menarik cairan ke bawah dan menyebarkan genangan air, sementara tegangan permukaan, tempat molekul-molekul saling menempel erat, membuat butiran-butiran butiran naik.
Tetapi sementara model klasik dapat digunakan untuk menjelaskan bentuk akhir dari genangan air, itu tidak menjelaskan bagaimana genangan mulai menyebar di tempat pertama. Perhitungannya bukannya menyiratkan bahwa kekuatan di tepi genangan akan terlalu kuat untuk memungkinkan penyebaran sama sekali. “Dalam pandangan makroskopis masalah ini, tidak ada yang menghentikan genangan menyebar. Ada sesuatu yang hilang di sini, ”jelas Amir Pahlavan, seorang mahasiswa pascasarjana di MIT dalam siaran pers.
Jelas, genangan air memang menyebar, sehingga fisikawan mengubah model mereka untuk menjelaskan alasannya. Michael Schirber menulis untuk Fisika APS :
Salah satu solusi populer adalah dengan mengasumsikan bahwa film mikroskopis tipis melapisi permukaan di depan genangan air. Film-film prekursor semacam itu telah diamati untuk genangan air yang mengembang sepenuhnya menjadi lembaran datar tipis - yang disebut kasus "pembasahan total" - tetapi mereka tidak dapat menjelaskan genangan air yang menyebar jarak pendek dan kemudian berhenti (pembasahan sebagian).
Sekarang, Pahlavan dan rekan-rekannya telah menemukan apa yang menghentikan kekuatan genangan air yang bertindak pada skala nano. Para peneliti mempertimbangkan film dengan ketebalan kurang dari 100 nanometer, di mana sesuatu yang disebut gaya van der Waals mulai beraksi. Interaksi ini menggambarkan sebuah fenomena di mana awan elektron yang berdengung di sekitar atom berfluktuasi secara acak dan muatannya cenderung menumpuk di satu area molekul, menciptakan area yang sedikit positif dan sedikit negatif. Molekul tetangga melakukan hal yang sama, dengan hasil bahwa molekul tertarik atau saling tolak.
Kekuatan-kekuatan ini, yang bekerja di dalam cairan, udara di sekitar genangan air dan permukaan genangannya cukup untuk mencegah genangan menyebar, terlepas dari ukurannya. Para peneliti mempublikasikan hasilnya dalam jurnal Physical Review Letters .
Model mereka dapat memiliki aplikasi untuk sejumlah hal, dari cara mendinginkan elektronik dengan mengalirkan cairan ke atasnya untuk menyerap karbon dioksida di bawah tanah (beberapa rencana termasuk menyuntikkan cairan yang mengandung karbon dioksida ke dalam batuan berpori). Tetapi untuk aplikasi tersebut, para peneliti perlu memperluas model untuk menjelaskan bagaimana cairan mengalir di permukaan kasar. "Permukaan nyata tidak pernah sepenuhnya rata dan halus, " kata Pahlavan kepada Choi for Inside Science . “[T] selalu ada beberapa kekasaran untuk dipertimbangkan, yang menyebabkan banyak fitur baru muncul.”
