A. Hooshanginejad et al., 2023
La investigación científica a menudo produce imágenes sorprendentes, y los ganadores de este año de la Galería de física de la materia blanda no son una excepción. Seleccionados durante la reunión de marzo de la Sociedad Estadounidense de Física la semana pasada en Las Vegas, Nevada, los videos ganadores presentaban el efecto Cheerios, la física de las obstrucciones y la explotación de la física detrás de las lágrimas de vino para hacer que las burbujas duren más. Las presentaciones se evaluaron sobre la base tanto de las cualidades visuales sorprendentes como del interés científico. El concurso de la galería se estableció por primera vez el año pasado, inspirado en parte por la exitosa Gallery of Fluid Motion anual de la sociedad. Los cinco ganadores de este año tendrán la oportunidad de presentar su trabajo en la reunión de marzo del próximo año en Minneapolis, Minnesota.
Cereal de sirena
Cereal de sirena: explorando el «efecto Cheerios».
Como informamos anteriormente, el «efecto Cheerios» describe la física detrás de por qué esas últimas y sabrosas «O» de cereal tienden a agruparse en el tazón: ya sea desplazándose hacia el centro o hacia el borde exterior. El efecto también se puede encontrar en granos de polen (o huevos de mosquitos) que flotan sobre un estanque o pequeñas monedas que flotan en un recipiente con agua. El culpable es una combinación de flotabilidad, tensión superficial y el llamado «efecto menisco». Todo se suma a un tipo de acción capilar. Básicamente, la masa de los Cheerios es insuficiente para romper la tensión superficial de la leche. Pero es suficiente para hacer una pequeña abolladura en la superficie de la leche en el tazón, de modo que si dos Cheerios están lo suficientemente cerca, naturalmente se moverán uno hacia el otro. Las «abolladuras» se fusionan y las «O» se agrupan. Agregue otro Cheerio a la mezcla y también seguirá la curvatura de la leche para desplazarse hacia sus compañeros «O».
Medir las fuerzas reales en juego en una escala tan pequeña es desalentador, ya que están en la misma escala que el peso de un mosquito. Por lo general, esto se hace colocando sensores en objetos y colocándolos a flote en un contenedor, usando los sensores para desviar el movimiento natural. Pero los Cheerios son lo suficientemente pequeños como para que este no fuera un enfoque factible.
Sobre la base del trabajo anterior del ex estudiante universitario Ian Ho (ahora estudiante de posgrado en Stanford), el postdoctorado Alireza Hooshanginejad de la Universidad de Brown y sus cohortes utilizaron dos discos de plástico impresos en 3D, aproximadamente del tamaño de un Cheerio, y colocaron un pequeño imán en uno de ellos. Luego, colocan los discos a flote en una pequeña tina de agua, rodeados de bobinas eléctricas, y los dejan flotar juntos (atracción). Las bobinas, a su vez, producían campos magnéticos, alejando el disco magnetizado de su compañero no magnetizado (repulsión).
Hooshanginejad et al. pudieron derivar una ley de escala a partir de sus experimentos que relacionan la fuerza de la acción capilar en el efecto Cheerios con la masa, el diámetro y el espaciado de los discos. Por ejemplo, encontraron que en un cierto espacio entre los discos, las dos fuerzas opuestas se equilibran, por lo que los discos se asientan en un punto muerto. También notaron que ciertos patrones se formaron bajo diferentes condiciones. Por ejemplo, la repulsión es la fuerza dominante cuando la densidad de las partículas es baja, por lo que las partículas forman una red cristalina. Aumenta la densidad y la fuerza de atracción gana influencia porque las partículas están más juntas. Ahí es cuando las partículas forman cúmulos. Aumente la fuerza de atracción aún más y las partículas formarán rayas.