Már legalább ötezer éve alkalmazzuk, mégis nagyon keveset tudunk az írás fizikájáról, vagyis hogy mi is történik pontosan a toll, a tinta és a papír között. Dél-koreai és amerikai tudósok közelebbről megvizsgálva az írás folyamatát, arra jutottak, hogy a papír és a toll közötti kapilláris „kötélhúzás” eredménye dönti el a tinta folyásának ütemét, írja a physicsworld.com.

A kutatócsoport külön vizsgálta a paca és a vonal képződését. Úgy találták, hogy töltőtoll használata közben négy faktor határozza meg a tintafolyás mértékét: a toll kapilláris hatása, a papír pórusainak kapilláris hatása, és a tinta felületi feszültsége, valamint viszkozitása. Vonal húzásakor ezekhez még hozzáadódik ötödik összetevőként a toll sebessége.

Elméleti megközelítésben a kutatók „minimális tollról” beszélnek, amely egy egyszerű kapilláris cső. Ez a modell egyébként elég jó közelítéssel fedi azon üreges nádak működési és szerkezeti elvét, amelyekkel az egyiptomiak papiruszra írtak. Az elméleti feltevésben a papír hengeres lyukak soraként szerepel. A durvább papír esetében a pórusok átmérője kicsi, és közel vannak egymáshoz, a finomabb változatnál szélesebb és lazábban elhelyezkedő lyukakat képzeltek el. (Kérdés persze, hogy ez megfelelő modellezése-e a valódi papírnak, amely cellulózrostok sokkal bonyolultabb szövedékéből áll.)

A papír keskenyebb lyukainak kapilláris hatása nagyobb, mint a toll szélesebb csövének, de ha túl kicsik a pórusok, akkor az lassítja a tinta folyását. Amíg az anyag pórusai nem nagyobbak, mint a toll kapilláriscsövének átmérője, addig a papír szívóereje legyőzi a tollét, vagyis több tinta folyik. Ez azt is megmagyarázza, hogy miért olyan nehéz üvegre írni: pórusok nélkül nincs, ami kifelé „húzná” a tintát a tollból, ha viszont vastagabb hegyű tollal próbálkozunk, aminek kisebb a kapilláris hatása, akkor sokkal könnyebben tudunk üvegre, vagy fém táblára írni. A tinta jellemzőit vizsgálva kiderült, hogy a nagyobb felületi feszültségű jobban nedvesíti a papírt, a nagy viszkozitás viszont ennek ellenében dolgozik.

A kutatók kísérletekkel is vizsgálták az elméleti feltevéseket. A „papír” elkészítéséhez 10‒20 mikrométer átmérőjű és mélységű lyukakat vájtak egymástól ugyanilyen távolságra egy szilícium lapkába. 0,5‒1 milliméteres üveg kapillárisok játszották a toll szerepét, tinta helyett pedig különböző koncentrációjú glicerinoldatokat használtak. A kísérlet megerősítette az elméleti feltevéseket.

Évezredek óta írunk, így azt várnánk, hogy semmiféle meglepetés nem érte a tudósokat. Meglepetés volt azonban, hogy a tollat elhagyó tinta alakja pontos parabolát formáz, amit eddig nem is sejtettek. Ennek oka, hogy a mozgó toll előtt található pórusok maguk felé szívják a tintacseppet.

A kutatók az igazi papír és toll kapcsolatát is megvizsgálták. Ehhez egy 0,1 milliméter átmérőjű tollhegyet érintettek hétköznapi papírhoz két másodpercre. A modellkísérletek alapján álló tollnál három milliméteres pacát, 5 mm/s-os sebességgel mozgó toll esetében pedig 0,82 milliméter széles vonalat jósoltak eredményül. A vonal 0,7 mm széles lett, a paca pedig 1,3 mm átmérőjű. Az eltérést azzal magyarázzák, hogy a hétköznapi papír rostjai deformálódnak, a pórusok nőni kezdenek, ahogy folyadék éri őket, szemben a szilíciumlapkába vájt pórusokkal, amelyek alakja és mérete nem változik.

Bár a kutatócsoport a textíliákon képződő tintapacákat nem vizsgálta külön, de ebben a témában az eredmények és tapasztalat magukért beszélnek, és most már a fizikai hátterét is ismerjük annak, hogy mi történik az ingzsebben felejtett kupak nélküli tollal.