Fotocamere da 25.000 fotogrammi al secondo


Fotocamere da 25.000 fotogrammi al secondo

Le fotocamere che scattano fino a 25.000 fotogrammi al secondo sono state utilizzate per catturare il momento in cui due goccioline di liquido si uniscono e si mescolano. Una tecnica fotografica che sta aprendo la ricerca su nuove applicazioni per la stampa 3D.

Con una delle telecamere a colori posizionate sotto le goccioline e l'altra lateralmente, il sistema sincronizzato è stato in grado di registrare il momento in cui una delle goccioline è passata sull'altra, creando un getto di superficie che si è formato in meno di 15 millisecondi, ovvero 15 millesimi di secondo di un secondo - dopo che si sono coalizzati.

Il dottor Thomas C. Sykes, (1) un ricercatore di dottorato all'Università di Leeds e autore principale dello studio, ha affermato che l'uso dell'imaging ad alta velocità ha fornito una nuova visione del complesso comportamento delle goccioline quando interagiscono, un ramo della scienza noto come fluidodinamica.

Il dottor Thomas C. Sykes, che fa parte del Centro di formazione dottorale in ingegneria dei fluidi a Leeds e del Leeds Institute for Fluid Dynamics del Consiglio di ricerca in ingegneria e scienze fisiche (EPSRC), ha dichiarato: «La chimica alla base delle tecnologie emergenti di stampa 3D comporta la deposizione di sostanze chimiche su una superficie. Spesso abbiamo bisogno che tali sostanze chimiche siano posizionate in un modo altamente specifico, ad esempio potremmo volere che le goccioline si trovino fianco a fianco o che una gocciolina poggi su un'altra. In altre occasioni vogliamo che si mescolino completamente, per produrre una reazione desiderata alla stampa 3D di strutture più complesse.»

Per ottenere il comportamento desiderato delle goccioline, gli scienziati hanno cercato di alterare la tensione superficiale delle goccioline, facilitando la miscelazione o la separazione delle stesse. Ma come farlo accadere nel processo di stampa è poco compreso.

Nello studio, l'uso di due telecamere sincronizzate ha permesso agli scienziati di vedere cosa stava accadendo sia in superficie che all'interno delle goccioline e di valutare meglio la miscelazione.

Il dottor Alfonso Castrejón-Pita, (2) professore associato e coautore dello studio presso l'Università di Oxford, ha aggiunto: «In passato, ci sono stati casi in cui due goccioline hanno avuto un impatto e ti sei chiesto se si sono mescolate oppure una gocciolina è passata sopra l'altra. Due telecamere che registrano l'interazione delle goccioline da diverse postazioni di ripresa offrono una chiara comprensione sulla dinamica di questo approccio.»

Tendenze future nella stampa 3D

La stampa 3D, nota anche come produzione additiva, è una tecnologia emergente che affonda le sue radici nella stampa computerizzata. Invece di mettere l'inchiostro su una pagina, le stampanti 3D depositano sostanze chimiche in strati per costruire un oggetto, spesso da un sistema di progettazione assistita da computer.

Gli scienziati sperano di estendere la gamma e il tipo di prodotti che possono essere fabbricati con la stampa 3D, ad esempio delle strutture ad alta precisione per l'ingegneria dei tessuti in laboratorio, sui quali è possibile coltivare tessuti umani. Ma i progressi significativi nella tecnologia richiedono una comprensione più chiara del modo in cui le sostanze chimiche reagiscono quando vengono depositate da una stampante 3D.

Il dottor Mark Wilson, (3) professore associato a Leeds e supervisore capo del progetto, ha dichiarato: «Le tecniche di imaging sviluppate hanno aperto una nuova prospettiva sulla tecnologia delle goccioline. Abbiamo esposto i flussi interni con l'imaging a una velocità sufficiente per catturare la dinamica fulminea. Questa configurazione sperimentale ci consente di visualizzare come, alterando la tensione superficiale delle goccioline, possiamo alterare il loro comportamento.»

Lo studio è una collaborazione tra ricercatori dell'Università di Leeds, dell'Università di Oxford e della Queen Mary University di Londra e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Fluids. (4)

Riferimenti:

(1) Thomas C. Sykes

(2) Alfonso Castrejón-Pita

(3) Mark Wilson

(4) Surface jets and internal mixing during the coalescence of impacting and sessile droplets

Descrizione foto: Le immagini sono state scattate con due telecamere che funzionano fino a 25.000 fotogrammi al secondo. Le immagini mostrano ciò che stava accadendo da sotto le goccioline e lateralmente. Si forma un getto di superficie con una goccia che sembra muoversi sull'altra (dopo circa 12 millisecondi) e mescolarsi nel processo. Ma le goccioline non si stanno mescolando. La telecamera sul lato rivela che una delle goccioline è semplicemente seduta sull'altra. Non si sono mescolati a causa delle rispettive tensioni superficiali. - Credit: University of Leeds.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Lights, camera, action… the super-fast world of droplet dynamics

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