معلومات

العلم وراء انفجار قطرات الماء أبسط مما كنا نظن

العلم وراء انفجار قطرات الماء أبسط مما كنا نظن


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.

إن تحديد مقدار المجال الكهربائي الذي يمكن لقطرة الماء التعامل معه قبل أن تنفجر قد أزعج العلماء لفترة طويلة.

يبدو المفهوم سهلاً ، لكن العثور على صيغة رياضية بسيطة تشرح هذه الظاهرة ثبت أنه صعب - حتى الآن.

حدد فريق من علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا صيغة بسيطة لتقييم استقرار القطرة المكهربة. إنه أمر أساسي للغاية بحيث يمكن القيام به بالقلم الرصاص والورق.

ذات صلة: العلماء يصنعون قطرات بألوان قزحية دون استخدام الأصباغ

يقول المؤلف الرئيسي جاستن بيروز ، وهو طالب دراسات عليا في قسم الهندسة الميكانيكية والفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "قبل النتيجة ، كان على المهندسين والعلماء إجراء عمليات محاكاة حسابية مكثفة لتقييم استقرار القطيرة المكهربة".

"مع معادلتنا ، يمكن للمرء أن يتنبأ بهذا السلوك على الفور ، بحساب بسيط بالورقة والقلم الرصاص. هذه فائدة عملية كبيرة للمهندسين الذين يعملون أو يحاولون تصميم أي نظام يتضمن السوائل والكهرباء ".

يمكن للاكتشاف أن يساعد في طرق السفر إلى الفضاء الجديدة

يقول الفريق الذي يقف وراء الاكتشاف إن الصيغة الجديدة يمكن أن تؤدي إلى تطورات جديدة في مجموعة متنوعة من المجالات من الدفع الفضائي إلى قياس الطيف الكتلي ، والطباعة عالية الدقة ، وتنقية الهواء ، والتحليل الجزيئي.

تتشكل قطرات الماء على شكل كرات صغيرة بفضل التوتر السطحي. تربط هذه القوة جزيئات الماء على سطح القطرة وتجر الجزيئات إلى الداخل ، وتشكل الشكل.

قد يتشوه هذا الشكل المثالي إذا تعرض لقوى أخرى مثل مجال كهربائي. يحاول التوتر السطحي الحفاظ على شكل القطرات ولكن القوة المقابلة للحقل تسحب القطرة من الشكل.

يوضح بيروز: "في مرحلة ما ، إذا كان المجال الكهربائي قويًا بدرجة كافية ، فلن تتمكن القطرة من العثور على شكل يوازن القوة الكهربائية ، وعند هذه النقطة ، تصبح غير مستقرة وتنفجر".

يقول بيروز إن فريقه كان مهتمًا باللحظة - قبل انفجار القطيرة مباشرةً وعندما تكون في أكثر أشكالها تشوهًا.

تجربة مملة تعطي نتائج

لفحص ذلك ، أجرى الباحثون تجربة حيث قاموا ببطء بتفريق قطرات الماء على لوح مكهرب واستخدموا كاميرا فائقة السرعة لتسجيل القطرات.

يقول بيروز: "التجربة مملة حقًا في البداية - إنك تشاهد القطيرة وهي تغير شكلها ببطء ، ثم فجأة تنفجر".

في البداية ، وثق الفريق للتو مجموعة من القطرات التي تغير حجم القطرة وقوة المجال الكهربائي. في وقت لاحق ، تم عزل كل إطار من القطرة لفحص التحول في شكل القطرة حيث تم تشويهه بواسطة الحقل. حدد بيروز شكل كل قطرة مستقر بشكل حاسم قبل أن تنفجر مباشرة وحساب العديد من المعلمات مثل حجم القطرة وارتفاعها ونصف قطرها.

ثم قام برسم هذه البيانات ووجد أنها تقع على طول خط مستقيم.

يقول بيروز: "من وجهة نظر نظرية ، كانت نتيجة بسيطة بشكل غير متوقع نظرًا للتعقيد الرياضي للمشكلة".

"اقترح أنه قد يتم التغاضي عن طريقة بسيطة لحساب معيار الرشقة للقطرات."

أبقيها بسيطة

كان مفتاح اكتشاف المعادلة البسيطة هو تجاهل ارتفاع القطرة والتركيز بدلاً من ذلك على حجمها.

يقول بيروز: "على مدى المائة عام الماضية ، كانت الاتفاقية هي اختيار الطول".

"ولكن مع تشوه القطرة ، يتغير ارتفاعها ، وبالتالي فإن التعقيد الرياضي للمشكلة متأصل في الارتفاع. من ناحية أخرى ، يظل حجم القطرة ثابتًا بغض النظر عن كيفية تشوهها في المجال الكهربائي ".


شاهد الفيديو: وثائقي: قطرة الماء أغلى من قطرة البترول شبح العطش القادم 2017 (قد 2022).