Fizycy twierdzą, że w końcu rozwiązali problem efektu czajnika — tym razem naprawdę

Fizycy twierdzą, że w końcu rozwiązali problem efektu czajnika — tym razem naprawdę

Spadek poniżej krytycznego natężenia przepływu tłumi obrzeże, pozorne uchylanie się od efektu czajnika.

Herbata kapiąca na bok czajnika podczas nalewania – znana jako efekt czajnika – jest niewielkim utrapieniem dla osób regularnie pijących herbatę. Ale dla fizyków na całym świecie stanowiło to złożony problem teoretyczny obejmujący dziesięciolecia badań, nabytek Po drodze nagroda Ig Nobla. Myśleliśmy, że badacze mieli Wreszcie zamknij książkę Tajemnica efektu czajnika odwróciła się w 2019 roku, kiedy holenderscy fizycy opracowali model ilościowy, aby dokładnie przewidzieć dokładną prędkość przepływu czajnika (lub śladową ilość) podczas jego nalewania.

Jest jednak jasne, że jest jeszcze wiele do zrobienia, aby wypełnić niektóre luki w teorii, a fizycy z Politechniki Wiedeńskiej (TU-Wien) i University College London podjęli się tego zadania. Naukowcy twierdzą, że w końcu opracowali pełny teoretyczny opis efektu czajnika, który ujmuje złożoną interakcję sił bezwładności, lepkości i sił kapilarnych, które wspólnie przekierowują przepływ cieczy, gdy spełnione są określone warunki. Wykazano jednak, że grawitacja jest mniej ważna; Wszystko, co robi, to określa kierunek przepływu. Według autorów oznacza to, że nadal możesz uzyskać efekt czajnika na Księżycu, ale nie, jeśli nalejesz herbatę na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Naukowcy przedstawili swoje obliczenia teoretyczne w: opublikowany artykuł We wrześniowym numerze Mechaniki Płynów. Teraz ogłosili wyniki eksperymentów, które przeprowadzili, aby przetestować swój model teoretyczny. Uwaga, spoiler: podaj model w jaskrawych kolorach. I choć może się to wydawać banalną zagadką, zdobyte spostrzeżenia mogą pomóc nam lepiej kontrolować przepływ płynów, na przykład w urządzeniach mikroprzepływowych.

Marcus Reiner po raz pierwszy opisał działanie czajnika w 1956 roku, a następnie był pionierem w dziedzinie reologii (badanie przepływu cieczy). jak pisałem wcześniejInżynier i matematyka na Uniwersytecie Stanforda Joseph B. Keeler Przeprowadził własne badania i doszedł do wniosku, że kropla była spowodowana ciśnieniem powietrza, a nie napięciem powierzchniowym, jak wielu przypuszczało. On i jego kolega Jan-Marc Vanden Broek, opublikował artykuł W 1986 – praca, która im przyniosła Nagroda Iga Nobla w 1999 r. Według Keelera ciśnienie płynu na krawędzi wylewu jest niższe niż w powietrzu otoczenia, a to drugie wypycha herbatę na usta i z dziobka.

Oto podstawowe wyjaśnienie robocze. Przy wyższych prędkościach przepływu warstwa cieczy najbliżej dziobka czajnika oddziela się, dzięki czemu płynie płynnie i nie kapie. Przy niższych natężeniach przepływu, gdy następuje separacja przepływu, warstwa ponownie instaluje powierzchnię dyszy, powodując przepływ kropel. Średnica dyszy, krzywizna warg i „zwilżalność” ( Preferencja płynów Kontakt z ciałem stałym otoczonym inną cieczą) z dowolnego materiału, z którego wykonany jest czajniczek, jest również czynnikami, które mogą wpływać na to, czy z czajnika kapie.

Ale nie są głównymi winowajcami. W 2010 roku francuscy fizycy wykazali, że prawdziwy powód Drybling to rodzaj „efektu kapilarnego wody”, który zapobiega (przy mniejszych prędkościach wlewania) oddzielania się cieczy od dyszy, zapewniając płynny, czysty przepływ. Wszystkie inne czynniki odgrywają rolę w określaniu siły efektu hydrokapilarnego. Ci fizycy zasugerowali, aby warga dyszy była jak najcieńsza i jak najostrzejsza, aby ograniczyć drybling, a być może nawet pokryć wargę wysoce wodoodpornym materiałem.

You May Also Like

About the Author: Ellen Doyle

„Amatorski praktykujący muzykę. Wieloletni przedsiębiorca. Odkrywca. Miłośnik podróży. Nieskrępowany badacz telewizji”.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *