Me he topado con un bloqueo de carretera conceptual. Me dirijo a ustedes porque creo que mi asesor se está enfadando conmigo. El concepto implica un menisco que se tira hacia arriba de un cilindro. Entiendo que la fuerza principal que "tira" del menisco en la línea de contacto se debe a la diferencia entre los ángulos de contacto estático y dinámico. Esta fuerza por unidad de longitud toma la forma:
El concepto que describe la determinación de los ángulos de contacto estáticos y dinámicos se me ha dado en términos de minimizar la interfaz entre el líquido y el aire cuando el menisco ha alcanzado una altura conocida. En palabras de alguien mucho más entendido que yo:
"La interfaz del fluido solo conoce el ángulo de contacto de equilibrio como una condición límite. Para cualquier círculo y cualquier altura, existe una configuración de energía mínima de la superficie del fluido. Todas estas soluciones tienen un ángulo diferente. El equilibrio se encuentra encontrando el mínimo solución de energía que también interseca al sólido en el ángulo de contacto".
Por alguna razón, no puedo ver dónde puedo explorar estos conceptos para determinar una relación entre los ángulos dinámico y de contacto. ¿Alguien puede ofrecer aclaraciones sobre estos conceptos?
Gracias
Creo que estás confundiendo dos cosas aquí:
1) Por un lado tienes el efecto de la capilaridad, donde un líquido cerca de un sólido ajustará el ángulo de contacto según el equilibrio de tensiones superficiales entre el líquido, el gas y el sólido. Esto sucede de acuerdo con el ángulo de contacto estático. y sólo en un rango de la longitud del capilar . Consulte, por ejemplo, mojado en mit.edu o el wiki sobre la acción capilar.
2) Por otro lado, tiene el ángulo de contacto dinámico que se produce debido al equilibrio de fuerzas viscosas, que se escalan como y la fuerza capilar, que escala como (¡Tenga en cuenta que ambas fuerzas son por unidad de longitud aquí!). Esto ocurre cuando arrastra una placa o un cilindro fuera de un baño líquido a una velocidad distinta de cero, .
El balance que escribo aquí es sólo conceptualmente correcto. Si desea el verdadero cálculo del ángulo de contacto dinámico, necesita una derivación matemática más complicada que conduce al llamado modelo Cox-Voinov ( puede encontrar una explicación decente de uno de los científicos líderes actuales en este campo aquí ). El modelo de Cox-Voinov dice . Dónde y son una longitud de corte pequeña y una gran escala respectivamente asociadas con alguna escala molecular y el tamaño de su gota o la longitud capilar (la que sea más pequeña).
¿Sigues trabajando en esto? Un experimento interesante para explicar estas ideas es el de una gota de agua que descansa sobre un plato plano. El ángulo de contacto alrededor es igual y una función de las propiedades superficiales de la placa. Ahora levante ligeramente un extremo de la placa de modo que la gota se desplace lentamente cuesta abajo. El ángulo de contacto en los extremos alto y bajo cambia (aumentando el ángulo del extremo bajo y disminuyendo el ángulo del extremo alto) debido al efecto dinámico.