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| 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 |
Ingenieros de la Universidad de Houston (UH) han descubierto que pueden crear fuentes de agua ascendentes haciendo brillar rayos láser sobre la superficie del agua.
El efecto Marangoni
El efecto Marangoni se descubrió por primera vez en la década de 1860; se sabe que provoca convección y explica el comportamiento del agua cuando las diferencias de tensión superficial son evidentes. Su aplicación en diversas dinámicas de fluidos suele describirse espolvoreando pimienta en un cuenco de agua. A continuación, se vierte una gota de detergente, como el jabón para lavavajillas, en el centro del cuenco. Al hacerlo, la pimienta se dispersa y se desparrama rápidamente hacia los lados del cuenco.
Estudios recientes han revelado que las fuentes de líquido inducidas por láser del efecto Marangoni tienen el potencial de impactar en aplicaciones que involucran líquidos o materias blandas como, la litografía y la impresión 3D, la transferencia de calor y la óptica adaptativa.
Jiming Bao, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UH, y su estudiante postdoctoral Feng Lin, atribuyen sus hallazgos a este fenómeno. Bao comentó: "Científicamente, nadie había predicho o imaginado antes este tipo de deformación hacia arriba. 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 de que esta percepción establecida solo es válida para películas líquidas delgadas. Utilizando el calentamiento superficial por láser, demostramos que en los líquidos profundos un rayo láser arrastra el fluido por encima de la superficie libre generando fuentes con diferentes formas."
Fue el trabajo anterior de Bao sobre la estimulación de la depresión superficial hacia dentro en un líquido poco profundo, lo que le inspiró a aumentar la profundidad del ferrofluido en la simulación del estudio actual. El ferrofluido se considera un líquido "mágico" dentro de la comunidad científica y es más conocido por sus asombrosos picos de superficie que se generan con un imán.
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| Una fuente inducida por láser, en amarillo, es creada por un rayo láser que brilla sobre la superficie del ferrofluido en el laboratorio de Bao. Crédito: Universidad de Houston |
"Entender la distinta deformación de la superficie en líquidos con diferentes profundidades ayuda a desentrañar la dinámica del proceso de deformación de la superficie", explicó Bao.
Bao utilizó un rayo láser de onda continua de baja potencia (<1 W) para generar un campo de temperatura superficial no uniforme para inducir el efecto Marangoni. Para entender las distintas deformaciones entre los líquidos profundos y los superficiales, varió el grosor de la capa de líquido mientras mantenía el rayo láser a una potencia constante de <1 W.
Las fuentes láser y la transición dependiente de la profundidad de la indentación superficial a la fuente láser nunca se han comunicado, probablemente debido a la falta de previsión por parte de cualquier teoría existente.
"Subrayamos que ha habido numerosos intentos de comprender la deformación superficial impulsada por el flujo Marangoni, pero ninguna teoría existente puede predecir los patrones de deformación de un líquido con una profundidad arbitraria de forma directa", concluyó Bao.
Fuentes, créditos y referencias:
Feng Lin et al, Marangoni convection-driven laser fountains on free surfaces of liquids, Materials Today Physics (2021). DOI: 10.1016/j.mtphys.2021.100558
Fuente: Universidad de Houston