راز حرکت هوشمندانه جوهر کشف شد/ حل معمای مکانیک سیالات توسط فیزیکدانان

پژوهشگران کشف کردند که جوهر در آزمایش ترکیب صابون و شیر، به دلیل تعاملات تنش سطحی، مسیر کمترین مقاومت را دنبال می‌کند.

به گزارش ساینس دیلی، این پژوهش که ابتدا به‌عنوان نمایش پیچیدگی سامانه‌های سیالات آغاز شد، به یک اثر هنری در گالری حرکت سیالات انجمن فیزیک آمریکا تبدیل شد و در نهایت به معمایی بدل گشت که محققان توانستند آن را حل کنند.

نتایج این مطالعه در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.

حرکت هوشمندانه جوهر در مسیر درست

به گفته پائولو لوزاتو-فگیز، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، این آزمایش با هدف اثبات برخی اثرات در کاهش نیروی درگ انجام شد. او می‌گوید: «ما فرضیه‌ای درباره این پدیده داشتیم و این پژوهش در واقع مدل ریاضی آن را ارائه می‌کند.»

یکی از نکات قابل‌توجه در این مطالعه، توانایی عجیب جوهر در انتخاب مسیر صحیح است، در حالی که انتظار می‌رود به طور تصادفی در مایع پخش شود.

نقش کلیدی در این پدیده را تنش سطحی ایفا می‌کند؛ خاصیتی که در آن مولکول‌های سطح مایع به هم می‌چسبند و مانند یک غشا عمل می‌کنند. صابون، که نوعی سورفکتانت (کاهنده تنش سطحی) است، تنش موضعی اطراف جوهر را کاهش داده و باعث حرکت آن می‌شود. بااین‌حال، محاسبات پژوهشگران نشان می‌دهد که سورفکتانت‌های موجود در شیر نیز نقش تعیین‌کننده‌ای در حل این معما دارند.

چگونگی حل معما توسط سورفکتانت‌ها

لوزاتو-فگیز توضیح می‌دهد: «سورفکتانت افزوده‌شده و سورفکتانت طبیعی موجود در شیر با هم تعامل می‌کنند.» به گفته او، این ترکیب یک الگوی مقاومت متغیر ایجاد می‌کند که در برابر حرکت جوهر و صابون در مسیر‌های بن‌بست یا تنگ، نیروی بیشتری اعمال می‌کند. در مقابل، مسیر‌های بازتر که خروجی نیز در آن قرار دارد، کمترین مقاومت را ارائه می‌دهند.

وی می‌گوید: «به این ترتیب، سورفکتانت اضافه‌شده بلافاصله از ساختار مسیر آگاه می‌شود.»

این تحقیق پدیده‌ای را بررسی کرده که با عنوان اثر مارانگونی شناخته می‌شود؛ زمانی که اختلاف تنش سطحی باعث حرکت مایع از ناحیه‌ای با تنش کمتر به ناحیه‌ای با تنش بیشتر می‌شود.

محققان معتقدند که این اثر می‌تواند در سامانه‌های پیچیده‌ای مانند مجاری هوایی ریه، انتقال دارو یا جابه‌جایی سیالات در محیط‌های پیچیده کاربرد داشته باشد.

انتهای پیام/