Uma fotografia de uma caneta e papel
Reescrever as leis da física
Enquanto os seres humanos têm sido escrito há pelo menos 5000 anos, temos muito pouco conhecimento da física básica como a tinta se desloca de caneta no papel. Agora, os físicos na Coréia do Sul e os EUA elaboraram uma teoria - apoiada pela experiência - que sugere que a taxa de tinta de fluxo depende de um rebocador-off-guerra, que é jogado para fora entre as propriedades capilar de caneta e papel.
A equipe, liderada por Ho-Young Kim, da Universidade Nacional de Seul, considerados dois cenários: o blot e da linha. Com a caneta estacionária, os pesquisadores identificam quatro principais fatores que afetam o fluxo de tinta: a atração capilar da caneta; a atração capilar dos poros no papel; a tensão superficial da tinta e da viscosidade da tinta. Quando se está em movimento, a velocidade da caneta é um fator de quinta.
Teoria da equipe define uma "caneta mínima", como um simples tubo capilar, não ao contrário do junco oco utilizado pelos egípcios para fazer inscrições em papiros. O papel pesquisadores aproximada como uma matriz de cilindros. Papel áspero é modelado como estreitos, pilares de forma compacta, enquanto mais curto, mais largo, mais generosamente pilares espaçados são usados ​​para um papel mais liso aproximados. Enquanto o papel é na verdade uma matriz muito mais complexo de fibras de celulose, a equipe argumenta que tais matrizes extrair o líquido através dos mesmos mecanismos que permitem que papel para desenhar a tinta de uma caneta.

Puxar o poder

As cavidades menores em papel têm uma maior atração capilar que o maior tubo da caneta, mas poros muito pequenos também restringir o fluxo da tinta. Enquanto os poros do material não são mais largas do que a abertura na pena mínima, materiais rougher puxar a tinta mais rapidamente. Isso também explica porque é tão difícil de escrever a caneta em um pedaço de vidro - sem poros, a superfície não pode retirar a tinta. Em contraste, as penas mais amplo têm menos força capilar, para que eles dão a tinta com mais facilidade. Quanto à tinta em si, a tensão maior superfície permite que ele molhado a matriz de papel ou pilar de forma mais eficaz, enquanto maior viscosidade retarda. A equipe de condensado essas relações, mais o tempo que gasta a caneta em contato com o papel, em leis de escala.
Grupo de Kim confirmou os modelos, fazendo a caneta e papel idealizada no laboratório. Os pesquisadores gravado wafers de silício em padrões de pilares 10-20 mM em diâmetro, altura e espaçamento. Tubos capilares de vidro com diâmetros de 0,5-1 mm serviu como canetas, preenchido com diferentes concentrações de solução de glicerina para a tinta mock. A equipe filmou a propagação de borrões de tinta eo desenho de linhas, concluindo que os dados combinados de seus modelos.
Após milênios de escrita, você pode pensar que não haveria nada nestes resultados inesperados, mas Kim diz que a forma da tinta na frente da caneta em movimento era uma surpresa. "Nós mostramos que a forma real é exatamente parabólica - lindamente simples, mas ninguém previu isso", explica ele. A razão para a parábola é que os poros na frente da caneta movendo tirar o grosso da tinta, enquanto os poros por trás já estão em plena capacidade.

Colocar a caneta no papel

Testes de suas leis de escala com uma caneta real e de papel, os pesquisadores realizaram uma ponta 0,1 mm de diâmetro, contra o papel comum por 2 s. Eles previram um raio blot de 3 mm, esperando uma largura de linha de 0,82 mm, com a caneta movendo a 5 mm s -1 . A largura da linha real era bastante próximo, 0,7 mm, enquanto a mancha não era metade do tamanho previsto em 1,3 mm. A equipe explica a diferença em termos de inchaço papel. Ao contrário de silicone rígido, fibras de celulose deformam como eles absorvem líquido, aumentando assim o tamanho dos poros.
Laurent Courbin da Universidade de Rennes, França, descreve o estudo tão divertido que atinge o cerne da física. "O objetivo de um físico é identificar problemas interessantes ainda não entendeu e fazer esses problemas compreensível usando os modelos teóricos mais simples possível", diz ele. "Quando tais investigações envolvem fenômenos físicos que experimentamos em nossa vida cotidiana, nosso trabalho é ainda mais gratificante!"
Embora a equipe não simulam diretamente a necessidade de protetores de bolso, Kim diz que "manchas de tinta nas camisas a partir de uma caneta no bolso são bons exemplos da mancha de tinta que nós tratamos". Enfim, a pragmática tem uma prova rigorosa por que o forro de plástico nerd é uma boa idéia.
Esta pesquisa será publicado na Physical Review Letters .