23 януари 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Студент решава стогодишна загадка във физиката

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 04 декември 2019 в 09:3236851
Мехурчето не се издига нагоре. Кредит: EPFL

Швейцарски студент решава мистерия, която озадачава учените в продължение на 100 години.

Той открива защо газовите мехурчета в тесни вертикални тръби изглеждат като залепени, вместо да се издигат нагоре.

Според неговите изследвания и наблюдения около балона се образува ултратънък течен филм, който му пречи да се издига свободно. И открива също, че всъщност мехурчетата изобщо не са залепени - те просто се движат много, много бавно.

Въздушните мехурчета в чаша вода се издигат свободно до повърхността, а механизмите на това поведение лесно се обясняват с основните закони на физиката. Същите научни закони обаче не могат да обяснят защо въздушните мехурчета в тръбичка с дебелина няколко милиметра не се издигат по същия начин.

Физиците за първи път наблюдаваха това явление преди близо век, но не успяха да го изяснят - на теория мехурчетата не трябва да срещат съпротива, освен ако течността не е в движение.

Още през 60-те години на миналия век учен на име Бретертън разработва формула, основана на формата на мехурчетата, която да обясни това явление. Оттогава други изследователи предполагат, че балонът не се издига поради тънък филм от течност, който се образува между мехурчетата и стената на тръбата. Но тези теории не могат напълно да обяснят защо мехурчетата не се издигат нагоре.

Докато студентът бакалавър Уасим Дауди (Wassim Dhaouadi) в лабораторията за инженерна механика EMSI в Швейцарския федерален технологичен институт в Лозана (École polytechnique fédérale de Lausanne - EPFL),  успя не само да вижда тънкия филм на течността, но и да го измерва и описва свойствата му - нещо, което никога не е правено преди. Той открива, че мехурчетата не са залепнали, както смятаха по-рано някои учени, а всъщност се движат нагоре изключително бавно.

Изследванията на Дауди, които са публикувани наскоро в Physical Review Fluids, са първите, които предоставят експериментални доказателства за проверка на по-ранни теории.

Дауди и ръководителят на лабораторията EMSI, Джон Колински (John Kolinski), използват метод за оптична интерференция, за да се определи дебелината на филм само няколко десетки нанометра (1 х 10 -9 метра). Методът включва насочване на светлина върху въздушен мехур в тясна тръба и анализ на интензитета на отразената светлина. Използвайки интерференцията на светлината, отразена от вътрешната стена на тръбата и от повърхността на мехурчето, прецизно се измерва дебелината на филма.

Дауди също откри, че филмът променя формата си, ако се приложи топлина върху балона и се връща в първоначалната си форма, след като топлината се отстрани. „Това откритие опровергава най-новите теории, че филмът би изчезнал“, разказва Джон Колински.

Тези измервания показват също, че мехурчетата всъщност се движат, макар и твърде бавно, за да се забележи от човешкото око. "Тъй като филмът между балона и тръбата е толкова тънък, той създава силно съпротивление, драстично забавяйки издигането на мехурчетата", според Колински.

Тези открития са свързани с фундаментални изследвания, но могат да бъдат използвани за изучаване на механиката на течностите в нанометричен мащаб, особено за биологични системи.

John Kolinski и Wassim Dhaouadi. Кредит: EPFL

"С удоволствие проведох изследователския проект в началото на учебната си програма. Това е нов начин на мислене и учене и бе доста по-различно от домашните, където се знае, че има решение, въпреки че може да е трудно да се намери. В началото не знаехме дали изобщо ще има решение на този проблем“, разказва Дауди, който сега завършва магистърска степен в ETH Цюрих. Колински добавя: "Уасим направи изключително откритие в нашата лаборатория. Бе удоволсвие да работи с нас."

Справка: Dhaouadi, Wassim and Kolinski, John M., Bretherton's Buoyant Bubble, Physical Review Fluids, 2019, DOI: 10.1103/PhysRevFluids.4.123601

Източник: Student solves a 100-year-old physics enigma, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne


Препоръчани материали
vmv
Рейтинг : 1385
04.12 2019 в 17:51 1
+ 2
- 0
А?!. По закон (на Бернули) в хидродинамиката, скоростта потока на на флуида (ламинарно течение на течност) близо да стената на тръбата е нула. Известно е. В стационарен режим, ако мехурът е с по-малки размери (от покзаните), то - от подемната сила трябва да се "издига" и да създава челно движение и на течността "нагоре"... и си влиза законът в сила. Тоест - не се движи щото скор. на течността до стената е нула.
(А се издига бавно заради парните мехурчета във вътре-въздуха на "балона" - способстват условия за умокряемост на стената "в горната част", действат като вибрация с възможност за предвижване на балона-въздух.)
 
Още от : Новини
Виц на деня: 23 януари
Виц на деня: 23 януари
23 януари 2020 в 09:005208
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.