Sebuah studi pertama dari jenisnya yang dipimpin oleh para peneliti University of Minnesota Twin Cities mengungkapkan mengapa tetesan cairan memiliki kemampuan untuk mengikis permukaan yang keras. Penemuan ini dapat membantu para insinyur merancang bahan yang lebih baik dan lebih tahan erosi.
Dengan menggunakan teknik yang baru dikembangkan, para peneliti mampu mengukur jumlah tersembunyi seperti tegangan geser dan tekanan yang diciptakan oleh dampak tetesan cairan pada permukaan, sebuah fenomena yang hanya pernah dipelajari secara visual.
Makalah ini diterbitkan di Nature Communications, jurnal ilmiah peer-review, akses terbuka, yang diterbitkan oleh Nature Research.
Para peneliti telah mempelajari dampak tetesan selama bertahun-tahun, mulai dari cara tetesan hujan menyentuh tanah hingga penularan patogen seperti COVID-19. dalam aerosol. Sudah menjadi rahasia umum bahwa tetesan air yang menetes perlahan dapat mengikis permukaan seiring waktu. Tapi mengapa sesuatu yang tampak lembut dan cair bisa berdampak besar pada permukaan yang keras?
“Ada pepatah serupa di kedua budaya timur dan barat bahwa 'Menetes air melubangi batu,'” jelas Xiang Cheng, penulis senior di makalah dan profesor di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material Universitas Minnesota. “Perkataan seperti itu bermaksud untuk mengajarkan pelajaran moral: 'Tetaplah gigih. Bahkan jika Anda lemah, ketika Anda terus melakukan sesuatu terus menerus, Anda akan membuat dampak.' Tetapi, ketika Anda memiliki sesuatu yang sangat lembut seperti tetesan yang mengenai sesuatu yang sangat keras seperti batu, Anda pasti bertanya-tanya, 'Mengapa benturan jatuh itu menyebabkan kerusakan sama sekali?' Pertanyaan itulah yang memotivasi penelitian kami.”
Di masa lalu, dampak tetesan hanya dianalisis secara visual menggunakan kamera berkecepatan tinggi. Teknik baru peneliti University of Minnesota, yang disebut mikroskop tegangan berkecepatan tinggi, menyediakan cara yang lebih kuantitatif untuk mempelajari fenomena ini dengan secara langsung mengukur gaya, tegangan, dan tekanan di bawah tetesan cairan saat mereka mengenai permukaan.
Para peneliti menemukan bahwa gaya yang diberikan oleh tetesan benar-benar menyebar dengan jatuhnya dampak — bukannya terkonsentrasi di tengah tetesan — dan kecepatan penyebaran tetesan melebihi kecepatan suara dalam waktu singkat, menciptakan kejutan. gelombang melintasi permukaan. Setiap tetesan berperilaku seperti bom kecil, melepaskan energi tumbukannya secara eksplosif dan memberinya kekuatan yang diperlukan untuk mengikis permukaan dari waktu ke waktu.
Selain membuka cara baru untuk mempelajari dampak tetesan, penelitian ini dapat membantu para insinyur merancang permukaan yang lebih tahan erosi untuk aplikasi yang harus tahan terhadap elemen luar ruangan. Cheng dan labnya di University of Minnesota Twin Cities sudah berencana untuk memperluas penelitian ini untuk mempelajari bagaimana tekstur dan bahan yang berbeda mengubah jumlah gaya yang diciptakan oleh tetesan cairan.
“Misalnya, kami mengecat permukaan bangunan atau melapisi bilah turbin angin untuk melindungi permukaannya,” kata Cheng. “Namun seiring waktu, tetesan hujan masih bisa menyebabkan kerusakan melalui benturan. Jadi, penelitian kami setelah makalah ini adalah untuk melihat apakah kami dapat mengurangi jumlah tegangan geser tetesan, yang memungkinkan kami merancang permukaan khusus yang dapat mengurangi tekanan tersebut.”
Komentar
Posting Komentar