Vaahto pysäyttää liukastumisnesteen: Analyysi paljastaa kapillaarivaikutukset, jotka vaimentavat liukumista

Tein tofua: Ei menny niinkuin Strömsössä (Heinäkuu 2019).

Anonim

Lasihelmien likaantuminen usein jättää sen sisällön liikkumatta edestakaisin. Pian kuitenkin liike pysähtyy, juomasi laskeutuu, ja voit ottaa sipiä ilman vaahtoa nenäsi. On käynyt ilmi, että vaahto auttaa lopettamaan viilentymisen. Nyt fyysikot ovat selvittäneet miksi.

Analyysi, joka julkaistiin tällä viikolla Fluidien Fysiikassa, paljastaa yllättävän vaikutuksen veden pinnalle, joka on ristiriidassa perinteisen ajattelun kanssa ja syventää ymmärrystä kapillaarivoimien roolista.

Kapillaarivoimat kuvaavat kaikkea siitä, miten muste täyttää mustekynän, jolla jotkut hyönteiset voivat kävellä veteen. Ne johtuvat pintajännityksestä, mikä selittää kuinka pisarat muodostuvat ja kuinka nesteen pinta tarttuu astian puolelle muodostaen rinteen, jota kutsutaan meniskiksi.

"Ne kapillaarivoimat ovat pieniä, mutta ne ovat hyvin tärkeitä heti, kun koot tai liikkeet saavat pienen", sanoo Massachusetts Institute of Technologyin matemaatikko Pierre-Thomas Brun.

Nämä vaikutukset, joita tutkijat havaitsivat, vaimentavat vaahdon kerroksen peittämää vettä.

Uudet tulokset, joita tutkijat sanovat, voidaan lopulta käyttää estämään nesteiden liukuminen säiliöön, kuten polttoainetta rakettisäiliöön tai öljyä lastin aluksessa, kahdessa tilanteessa, joissa liukuminen voisi horjuttaa ajoneuvon.

Kun jokin neste sekoittuu säiliöön edestakaisin, se hellittää energiaa ja aallot pienenevät ja pienentyvät. Mutta aiemman teorian mukaan nämä heilahtelut vaimentuvat eksponentiaalisesti. Tämä tarkoittaa sitä, että vaikka aaltojen amplitudi kutistuu, se ei koskaan koskaan häviä. Periaatteessa sloshing kirjaimellisesti pysähtyy ikuisesti.

Todellisessa maailmassa tietenkin seulonta pysähtyy, ja fyysikot ovat ottaneet käyttöön joitakin muita vaikutuksia, jotka on otettava osaksi värähtelyjen pysäyttämistä. Mutta kukaan ei tiennyt tarkkaan, mitä nämä olivat.

On tiedetty, että vaahto hidastaa nestemäisiä nesteitä, joten tutkijat käänsivät huomionsa vesipesun vaahtoon. Teoreettisesta analyysistä ja kokeista tutkijat havaitsivat, että sudsien kapillaarivaikutukset aiheuttavat pieniä painehaasteita säiliön seinämien lähellä, mikä ajaa pientä liikkumista nestettä, joka vähentää liukumista.

Yllättäen tämä vaimennus tapahtuu paljon nopeammin kuin odotettu eksponentiaalinen hajoaminen. Itse asiassa aallot kastuvat yhä enemmän, kun he värähtelevät.

"Näimme jotain, jota emme voineet uskoa", totesi François Gallaire, Sveitsin École Polytechnique Fédérale de Lausannen fyysikko. Mitä hitaammin sloshingin nopeus oli, sitä voimakkaampi on hajoamisnopeus. Kun otetaan kapillaarivaikutukset huomioon, uudet yhtälöt osoittavat, että sloshing pysähtyy äärellisen ajan jälkeen - päinvastoin kuin aikaisempi teoria.

Vaikka tutkijat tekivät vain analyysinsä uppoperäisellä vedellä, he ajattelevat, että nesteiden, joissa ei ole vaahtoa, pitäisi käyttäytyä samalla tavalla - se on vain vaikeampi havaita. Vaahdon läsnäolo vahvistaa näitä kapillaarivaikutuksia. Koska vaahto on tehty monista pienistä kuplista, joilla on enemmän liitoksia nesteen ja ilman välillä, nämä kapillaarivaikutukset ovat vahvempia. Tutkijat jatkavat nyt analyysiään nesteistä ilman vaahtoa.

menu
menu