Le mécanisme du mouvement de l’eau sur une plaque
chauffante vient d’être élucidé par une équipe française, 250 ans après sa
description.
Quelques gouttes
d'eau tombèrent soudainement sur une plaque chauffante et roulèrent à grande
vitesse vers la périphérie avant de s'évaporer. Selon Leidenfrost, le chercheur
qui l’a étudié en 1756, cet effet est dû au réchauffement, c’est-à-dire à
l’apparition d’une couche de vapeur sous le liquide qui forme un coussin d’air
sur lequel les gouttes glissent.
Depuis deux cents
ans, des chercheurs ont apparemment démontré, par exemple, qu’une structure
rugueuse à la surface peut guider les gouttes. Mais une équipe française d’ESPCI
ParisTech, du CNRS et de l’École Polytechnique vient d’exposer dans Nature
Physics, le 10 septembre, un fait surprenant, qui était passé inaperçu
jusque-là: ces gouttes sont autopropulsées! Même placés sans inertie,
immobiles, sur une surface parfaitement horizontale, ils avancent de près de
dix centimètres par seconde, comme s'ils avaient un petit moteur.
Un tourbillon et un flux d'air.
Deux effets subtils se combinent pour expliquer le phénomène.
Premièrement, dans la goutte, un vortex est créé par les différences de
température entre sa base et son sommet (mais pas à cause du phénomène de
convection), comme en témoigne le mouvement circulaire de petites particules
introduites dans le liquide. Ce qui fait tourner le liquide, comme une roue.
Mais avoir une roue en rotation ne suffit pas pour avancer, il est placé sur un
coussin d’air sans friction, qui empêche tout mouvement. Les chercheurs ont
ensuite découvert un deuxième effet. La goutte en rotation modifie le flux
d'air dans la base, ce qui conduit à créer une asymétrie qui provoque un
mouvement. Cette description phénoménologique a été confirmée par l'observation
de la déformation microscopique de la goutte par l'étudiant en thèse de l'équipe,
Ambre Bouillant.
Si la sphère de liquide est trop grande, de plus d'un
millimètre et demi de rayon, il peut y avoir deux tourbillons opposés à
l'intérieur et, dans ce cas, le moteur ne se déclenchera pas.
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El motor oculto de las gotas de agua
El mecanismo del movimiento del agua sobre una placa
caliente ha sido dilucidado por un equipo francés, 250 años después de su
descripción.
Algunas gotas de agua cayeron repentinamente sobre una
placa caliente y rodaron a gran velocidad hacia la periferia, antes de
evaporarse. Este efecto, dice Leidenfrost, el investigador que lo estudió en 1756, se debe a la
calefacción, es decir, a la aparición de una capa de vapor debajo del líquido
que forma un colchón de aire sobre el que se deslizan las gotas.
Durante doscientos años, los investigadores
aparentemente han estado mostrando, por ejemplo, que una estructura rugosa en
la superficie puede guiar las gotas.
Pero un equipo francés de ESPCI ParisTech, CNRS y
Ecole Polytechnique acaba de exponer en Nature Physics el 10 de septiembre un
hecho sorprendente, que pasó desapercibido hasta entonces: estas gotas son
autopropulsadas! Incluso colocados sin inercia, inmóviles, sobre una superficie
perfectamente horizontal, avanzan a casi diez centímetros por segundo, como si
tuvieran un pequeño motor en ellas.
Un remolino y un flujo de aire.
Dos efectos sutiles
se combinan para explicar el fenómeno. Primero, en la gota, un vórtice se crea
por las diferencias de temperatura entre su base y su cima (pero no debido al
fenómeno de la convección), como lo demuestra el movimiento circular de
pequeñas partículas introducidas en el líquido. Lo que gira el líquido, como
una rueda. Pero tener una rueda giratoria no es suficiente para avanzar, ya que
se coloca en un cojín de aire sin fricción, lo que impide el movimiento. Los
investigadores entonces descubrieron un segundo efecto.
La gota giratoria modifica el flujo de aire en la
base, lo que lleva a crear una asimetría que causa el movimiento. Esta
descripción fenomenológica fue confirmada por la observación de la deformación
microscópica de la gota por el estudiante de doctorado del equipo, Ambre Bouillant.
Si la esfera líquida es demasiado grande, más de un
milímetro y medio de radio, puede haber dos vórtices opuestos en el interior y,
en este caso, el motor no disparará.
CORA ALONSO MORELL (4 ESO)
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