Informație

Știința din spatele picăturilor de apă care explodează este mai simplă decât am crezut

Știința din spatele picăturilor de apă care explodează este mai simplă decât am crezut


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Determinarea cantității de câmp electric pe care o poate picura o picătură de apă înainte să explodeze a chinuit mult timp oamenii de știință.

Conceptul pare ușor, dar găsirea unei formule matematice simple care explică acest fenomen s-a dovedit dificilă - până acum.

O echipă de oameni de știință MIT a stabilit o formulă simplă pentru a evalua stabilitatea unei picături electrificate. Este atât de simplu, încât rezolvarea acestuia se poate face cu creion și hârtie.

ÎN LEGĂTURĂ: OBIECTIVII PRODUC DROPLETE CU CULORI IRIDESCENTE FĂRĂ UTILIZAREA Vopselelor

„Înainte de rezultatul nostru, inginerii și oamenii de știință trebuiau să efectueze simulări intensive din punct de vedere al calculului pentru a evalua stabilitatea unei picături electrificate”, spune autorul principal Justin Beroz, student absolvent la Departamentul de Inginerie Mecanică și Fizică al MIT

„Cu ecuația noastră, se poate prezice imediat acest comportament, cu un calcul simplu din hârtie și creion. Acest lucru prezintă un mare avantaj practic pentru inginerii care lucrează cu sau încearcă să proiecteze orice sistem care implică lichide și electricitate. ”

Descoperirea ar putea ajuta la noi metode de călătorie spațială

Echipa din spatele descoperirii spune că noua formulă ar putea duce la noi progrese într-o varietate de domenii, de la propulsia spațială la spectrometria de masă, imprimarea de înaltă rezoluție, purificarea aerului și analiza moleculară.

Picăturile de apă se formează la fel de mici sfere datorită tensiunii superficiale. Această forță leagă moleculele de apă la suprafața unei picături și trage moleculele spre interior, formând forma.

Această formă perfectă ar putea fi distorsionată dacă este expusă la alte forțe, cum ar fi un câmp electric. Tensiunea superficială încearcă să mențină forma picăturilor, dar forța opusă a câmpului scoate picătura din formă.

„La un moment dat, dacă câmpul electric este suficient de puternic, picătura nu poate găsi o formă care să echilibreze forța electrică și, în acel moment, devine instabilă și explodează”, explică Beroz.

Beroz spune că echipa sa a fost interesată de acest moment - chiar înainte de izbucnirea picăturii și când este la forma sa cea mai distorsionată.

Experimentul plictisitor dă rezultate

Pentru a examina acest lucru, cercetătorii au organizat un experiment în care au dispersat încet picăturile de apă pe o placă electrificată și au folosit o cameră de mare viteză pentru a înregistra picăturile.

„Experimentul este într-adevăr plictisitor la început - urmăriți picătura care își schimbă încet forma și apoi dintr-o dată, doar izbucnește”, spune Beroz.

Inițial, echipa tocmai a documentat o gamă de picături care modifică dimensiunea picăturii și puterea câmpului electric. Mai târziu, fiecare cadru al picăturii a fost izolat pentru a examina schimbarea în forma picăturii, deoarece a fost distorsionată de câmp. Beroz a subliniat forma stabilă a fiecărei picături chiar înainte de a exploda și a calculat mai mulți parametri, cum ar fi volumul, înălțimea și raza picăturii.

Apoi a trasat aceste date și a constatat că acestea cădeau de-a lungul unei linii drepte.

„Din punct de vedere teoretic, a fost un rezultat neașteptat de simplu, având în vedere complexitatea matematică a problemei”, spune Beroz.

„A sugerat că ar putea fi trecut cu vederea, dar simplu, modalitatea de a calcula criteriul de explozie pentru picături”.

Nu te complica

Cheia descoperirii ecuației simple a fost să nu ia în considerare înălțimea picăturii și să se concentreze în schimb pe volumul acesteia.

„În ultimii 100 de ani, convenția a fost de a alege înălțimea”, spune Beroz.

„Dar pe măsură ce o picătură se deformează, înălțimea sa se schimbă și, prin urmare, complexitatea matematică a problemei este inerentă înălțimii. Pe de altă parte, volumul unei picături rămâne fix, indiferent de modul în care se deformează în câmpul electric. ”


Priveste filmarea: LIVE: Stiri din stiinta si raspunsuri la intrebari! (Mai 2022).