निरंतर नृत्य का चमत्कार: सिलिकॉन तेल की बूँद ने पृष्ठीय तनाव को दी चुनौती

फेडरल पॉलिटेक्निक स्कूल ऑफ लॉज़ेन (EPFL) के शोधकर्ताओं ने, जो सॉफ्ट इंटरफेस इंजीनियरिंग मैकेनिक्स लेबोरेटरी में कार्यरत हैं, तरल गतिकी (फ्लूइड डायनेमिक्स) के अध्ययन में एक महत्वपूर्ण वैज्ञानिक सफलता प्राप्त की है। उन्होंने प्रायोगिक रूप से यह दर्शाया है कि 1.6 मिलीमीटर आकार की सिलिकॉन तेल की एक बूँद किस प्रकार एक कंपन करती हुई ठोस सतह से पाँच मिनट तक, और संभवतः इससे भी अधिक समय तक, लगातार उछाल बनाए रख सकती है। यह उल्लेखनीय प्रयोग कमरे के तापमान पर किया गया, जो ठोस पदार्थों के साथ तरल पदार्थों की परस्पर क्रिया के बारे में हमारी मौजूदा समझ का विस्तार करता है और सतह तनाव की पारंपरिक धारणाओं को चुनौती देता है।

इस उपलब्धि की मुख्य विशेषता यह है कि यह पिछले अवलोकनों से भिन्न है; जहाँ लंबे समय तक उछाल के लिए आमतौर पर कंपन करते हुए तरल स्नान (लिक्विड बाथ) की आवश्यकता होती थी, वहीं इस प्रयोग में आधार के रूप में परमाणु रूप से चिकनी अभ्रक (माइका) की एक ठोस प्लेट का उपयोग किया गया। वैज्ञानिकों ने पाया कि बूँद का व्यवहार—चाहे वह बास्केटबॉल की तरह लयबद्ध उछाल हो या हवा के कुशन पर तेजी से फिसलना—पूरी तरह से कंपन की आवृत्ति और आयाम की सेटिंग्स द्वारा नियंत्रित होता है। यह नियंत्रण इस घटना को एक प्रबंधनीय और दोहराने योग्य प्रक्रिया बनाता है। इस घटना की वैज्ञानिक व्याख्या प्रदान करने के लिए, टीम ने एक युग्मित रैखिक स्प्रिंग मॉडल विकसित किया है। यह मॉडल बूँद के स्वयं के विरूपण (deformation) पर आधारित है और उछाल के प्रक्षेप पथों की सटीक भविष्यवाणी करता है। इस सैद्धांतिक आधार ने इस खोज को अभूतपूर्व वैज्ञानिक वैधता प्रदान की है। इस महत्वपूर्ण शोध के परिणाम प्रतिष्ठित पत्रिका "फिजिकल रिव्यू लेटर्स" में प्रकाशित किए गए थे, जिसने तरल यांत्रिकी के क्षेत्र में एक नई दिशा का संकेत दिया है।

यह प्रभाव लीडेनफ्रॉस्ट प्रभाव (Leidenfrost effect) का एक गतिज (काइनेटिक) अनुरूप है। लीडेनफ्रॉस्ट प्रभाव में, गर्म सतह पर बूँद के नीचे भाप एक कुशन बनाती है, जबकि यहाँ ठोस आधार के कंपन से उत्पन्न गतिज बल इस वृहद घटना को आश्चर्यजनक रूप से लंबे समय तक स्थिर रखते हैं। यह एक ऐसा संतुलन है जो प्रकृति में दुर्लभ है। एक विशेष परिदृश्य में, जब दूसरे गोलाकार हार्मोनिक मोड को उत्तेजित किया गया, तो बूँद एक "बाध्य अवस्था" (bound state) में चली गई। इस अवस्था में, इसका संचलन हवा की एक पतली परत के ऊपर स्थिर हो जाता है। यह स्पष्ट करता है कि तरल की आंतरिक संरचना और स्वयं को विकृत करने की क्षमता इस नियंत्रित "नृत्य" को बनाए रखने में महत्वपूर्ण कारक हैं, जिससे यह केवल बाहरी बल पर निर्भर नहीं रहता।

इस खोज का व्यावहारिक मूल्य निर्विवाद है, विशेष रूप से उन उद्योगों के लिए जिनमें अत्यधिक सटीकता की आवश्यकता होती है, जैसे कि फार्मास्युटिकल उद्योग। कल्पना कीजिए, वायुमंडल में तरल की अत्यंत कम मात्रा को बिना किसी भौतिक संपर्क के, संदूषण (contamination) या वाष्पीकरण के जोखिम के बिना नियंत्रित करने की क्षमता। यह संभावना माइक्रो-डोजिंग प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए नए रास्ते खोलती है, जहाँ दवा की खुराक को नैनो-स्तर पर नियंत्रित किया जा सकता है। प्रयोज्यता के प्रमाण के रूप में, EPFL के शोधकर्ताओं ने पहले ही संपीड़ित हवा की छोटी धाराओं ("चिमटी" या ट्वीज़र्स के रूप में उपयोग की जाने वाली) का उपयोग करके बूँद की गति का सफलतापूर्वक पार्श्व नियंत्रण (lateral control) प्रदर्शित किया है। यह सक्रिय रूप से इन सूक्ष्म प्रक्रियाओं को निर्देशित करने की संभावना को दर्शाता है, जो भविष्य के सटीक विनिर्माण और दवा वितरण के लिए एक बड़ा कदम है, और यह दर्शाता है कि कैसे सूक्ष्म बल बड़े परिणाम दे सकते हैं।