La formazione di gocce da un ugello è un affascinante fenomeno largamente riscontrato nella vita di tutti i giorni. Sebbene investigazioni scientifiche su questo argomento possano essere datate già a partire dal XVII secolo, grandi progressi nella comprensione della fisica di tale fenomeno sono stati compiuti solo di recente, grazie agli studi teorici e sperimentali di un gran numero di ricercatori. La comprensione della dinamica della formazione di gocce riveste grande interesse sia nella ricerca di base che in numerose aree tecnologiche quali, ad esempio, quella delle stampanti a getto d’inchiostro, dei processi di estrazione di solventi in operazioni di trasferimento di massa, nella fabbricazione di film fotografici, nelle misure dinamiche di tensione superficiale, nei fenomeni di nebulizzazione, ecc…
Il meccanismo con cui si formano le gocce in caduta da un tubo sottile può essere schematizzato nel modo seguente. Quando un volume di liquido fuoriesce dall’ugello è soggetto a due tipi di azioni contrastanti: da una parte la pressione del liquido sovrastante e la forza peso lo spingono verso il basso, mentre la tensione superficiale e la viscosità agiscono in senso opposto, sicché inizialmente la goccia si forma rimanendo sospesa all’estremità inferiore del tubo.
In questo processo tra residuo sospeso e goccia in formazione viene a formarsi un sottile filamento di liquido che, rompendosi, fa cadere la goccia e stimola un rinculo e vibrazioni meccaniche nel liquido residuo, influenzando così il tempo di formazione della goccia successiva. Anche la goccia che cade oscilla, mantenendo memoria del precedente comportamento in sospensione. A bassi flussi ci vuole molto tempo perché la goccia si separi per il peso, sicché l’informazione con la goccia precedente viene perduta e il comportamento è periodico.
A flussi più alti le dimensioni della goccia cambiano. Le irregolarità sono attribuibili al forte rinculo nel residuo al momento di distacco che induce oscillazioni nella successiva goccia. Di conseguenza i tempi tra le gocce non variano linearmente. Ampiezze e frequenze delle oscillazioni delle gocce dipendono da vari parametri tra i quali il flusso, il diametro dell’ugello e lo spessore delle pareti.
Nei processi di gocciolamento, in condizioni di irregolarità, sono stati osservati sperimentalmente complessi fenomeni dinamici con caratteristiche di caoticità (multiperiodicità, attrattori strani, crisi, isteresi, ecc.) per cui il gocciolatore può essere considerato come un esempio paradigmatico di sistema dinamico caotico.
Attualmente presso il Laboratorio di Dinamica Nonlineare del Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Lecce i processi di gocciolamento da ugelli di varie geometrie del bordo terminale e di differente spessore delle pareti vengono analizzati utilizzando tecniche di videoregistrazione ad alta velocità e apparati per lo studio, al variare del flusso, del comportamento a lungo termine dei tempi tra gocce successive. Gli studi effettuati presso il Dipartimento di Fisica di Lecce hanno ricevuto importanti riconoscimenti da parte della comunità scientifica internazionale. In particolare il corrispondente lavoro prodotto dai ricercatori del gruppo di Dinamica Nonlineare di Lecce è stato segnalato su Physics Tip Sheets come uno dei migliori articoli dell’anno 2002 da parte dell’American Physical Society.
