El inventor del grafeno resuelve el misterio del castillo de arena de 150 años

La 'imposibilidad' de la ecuación de Kelvin de 1871 finalmente se ha demostrado.

Anthony Cuthbertson
viernes 11 diciembre 2020 16:42
Un misterio de física de 150 años relacionado con los castillos de arena se resolvió en un artículo publicado en Nature
Un misterio de física de 150 años relacionado con los castillos de arena se resolvió en un artículo publicado en Nature
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El inventor del "material milagroso", el grafeno, ha resuelto un misterio de la física de 150 años relacionado con cómo se mantienen unidos los castillos de arena.

El profesor Sir Andre Geim, que ganó el Premio Nobel de Física en 2010 por su trabajo sobre el grafeno, dirigió un equipo de la Universidad de Manchester para resolver un acertijo matemático que ha desconcertado a los científicos desde que fue propuesto por primera vez por el físico victoriano Lord Kelvin.

La ecuación de Kelvin se centra en un fenómeno natural conocido como condensación capilar, que es el proceso que hace que las moléculas de agua unan los granos de arena cuando están húmedos.

Esta forma de condensación microscópica es fundamental para los procesos físicos comunes como la fricción y la adhesión, pero hasta ahora los físicos se vieron obligados a confiar en la ecuación de Kelvin incompleta que solo explica las fuerzas de unión a nivel macroscópico.

“La condensación capilar, un fenómeno de libro de texto, está a nuestro alrededor, y propiedades tan importantes como la fricción, la adhesión, la adherencia, la lubricación y la corrosión se ven fuertemente afectadas, si no son controladas, por la condensación capilar”, dijo el profesor Geim.

Para probar el proceso a nivel microscópico, los investigadores crearon capilares artificiales de solo un átomo de altura que eran capaces de albergar una sola capa de moléculas de agua.

El avance fue publicado en la revista Nature esta semana, en un artículo titulado 'Condensación capilar bajo confinamiento a escala atómica'.

“Esto fue una gran sorpresa. Esperaba un colapso completo de la física convencional ”, dijo el coautor Qian Yang.

“La vieja ecuación resultó funcionar bien. Un poco decepcionante pero también emocionante para finalmente resolver el misterio centenario. Ahora podemos relajarnos. Todos esos numerosos efectos de condensación y propiedades relacionadas están finalmente respaldados por evidencia sólida en lugar de una corazonada como ‘la vieja ecuación’ que parece funcionar, por lo tanto, estaría bien usarla".

El profesor Geim agregó: “La buena teoría a menudo funciona más allá de sus límites de aplicabilidad. Lord Kelvin fue un científico notable, que hizo muchos descubrimientos, pero incluso él seguramente se sorprendería al descubrir que su teoría, que originalmente consideraba tubos de tamaño milimétrico, se mantiene incluso en la escala de un átomo.

“De hecho, en su artículo fundamental, Kelvin comentó exactamente sobre esta imposibilidad. Entonces, nuestro trabajo ha demostrado que él tiene razón y está equivocado, al mismo tiempo".

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