O echipă de cercetători de la MIT în domeniul ingineriei civile şi a mediului înconjurător a reuşit să elaboreze un model matematic ce explică de ce apa penetrează solul sub forma unor degete sau mici râuri şi nu de-a lungul unui câmp continuu.
Acest fenomen, botezat "degete gravitaţionale", le este cunoscut de mult timp oamenilor de ştiinţă, însă până acum nu reuşise nimeni să creeze un sistem matematic corespunzător. Deşi problema se adresează mai degrabă cercetătorilor din domeniul fizicii solului, ea a fost rezolvată de Luis Cueto-Fulgueroso şi Ruben Juanes, reprezentanţi ai Departamentului de Inginerie Civilă şi Mediu Înconjurător de la MIT. Aceştia au reuşit să ofere soluţia făcând o analogie cu 2 fenomene ce sunt deja aproape complet înţelese: infiltrarea apei într-un material poros şi scurgerea apei de o placă de sticlă.
Modelizarea pe computer a infiltrării apei în sol
Credit imagine: Luis Cueto Felgueroso, via sciencedaily.com
Cei doi cercetători nu au făcut decât să reunească modelul apei prelingându-se pe o fereastră cu ecuaţiile acceptate în fizica solului, concepând astfel un nou model matematic, pe care l-au testat apoi în repetate rânduri pentru a-i valida corectitudinea. Constatând că modelul lor se corelează perfect cu realitatea, cei doi au publicat rezultatele în revista Physical Review Letters.
Actorul cel mai important în acest fenomen este tensiunea superficială a apei. Orice lichid prezintă proprietăţi diferite la suprafaţă şi în zonele de contact cu recipientul în care se află. Aceste proprietăţi dau naştere unei forţe purtând denumirea de tensiune superficială, direct proporţională cu suprafaţa de contact, fiind responsabilă de fenomene precum formarea picăturilor.
Un păianjen de apă profitând de tensiunea superficială la suprafaţa acesteia.
Credit imagine: Wikimedia Commons
Până acum vechiul model al infiltrării apei în sol nu ţinea cont decât de tensiunea superficială dintre apă şi porii solului, forţă ce apare numai la scară microscopică. Tensiunea superficială globală a unui deget gravitaţional, ce se opune celei mai sus amintite nu apărea în calculele matematice.
Totodat[, Fulgueroso şi Juanes au reuşit să întregească modelul scurgerii apei pe o placă de sticlă, explicând de ce degetele gravitaţionale formează la capete nişte formaţiuni aproape sferice, precum o picătură. Din nou, răspunsul este legat de tensiunea superficială. În aceste mici picături se acumulează o cantitate mai mare de apă, suprafaţă de contact cu sticla menţinându-se egală. Când greutatea picăturii creşte suficient, tensiunea superficială este învinsă şi apa se poate scurge mai departe.
Soluţia propusă de cercetătorii de la MIT a fost catalogată ca fiind ”simplă şi elegantă”, reprezentând ”un pas enorm în domeniu”. Ea are un impact major în domeniul ştiinţei şi al ingineriei, incluzând o mai bună punere în practică a proceselor de extragere a petrolului.
Sursa: ScienceDaily.com.
