Yanlışlıkla, bir lisans öğrencisi fizik dünyasını rahatsız eden asırlık bir bilmeceyi yanlışlıkla çözdü
Bu makale DeepTech'ten (ID: deeptechchina) yeniden yazdırma yetkisine sahiptir.
Genelde gazlı içecekler içtiğinizde veya bir bardağa su döktüğünüzde, fincanın veya şişenin dibinden suyun yüzeyine doğru hareket eden kabarcıkların sürecini gözlemlediğinize inanıyorum.
Bunun arkasındaki fiziksel prensip de çok basittir, yani suyun yoğunluğu karbondioksit veya havanın yoğunluğundan daha büyüktür ve yoğun su, boşluğu aşağıya doğru sıkıştıracak, böylece daha hafif karbondioksiti veya havayı yukarı doğru sıkıştırarak kabarcıkların alttan itilmesine neden olacaktır. Yüzeye.
(Kaynak: Quora)
Ancak o kadar basit bir fenomendir ki keşfedildiği için şunları içerir: Yarım yüzyılı aşkın süredir dünyanın dört bir yanındaki fizikçileri rahatsız eden bir sorun : İnsanlar, direnç olmadığı sürece kabarcıkların yukarı çıkacağını, ancak sıvı kabı çok ince uzun bir tüp olduğunda, kabarcıkların "hareketsiz durduğu" ve su yüzeyinde yüzmeyeceğini düşündü.
Bu soruyu cevaplamak, gözenekli kayaların neden doğal gaz depolayabildiğini açıklamaya yardımcı olabilir.
Neyse ki, sayısız fizikçinin meraklı çocukların önünde karşı karşıya gelmesine neden olan bu sorun nihayet son zamanlarda çözüldü.
Çözücü, İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nde eğitim görmüş bir lisans öğrencisiydi. Çoğu lisans öğrencisi gibi, lisans deney sonuçlarından hiçbir şey keşfetmeyi beklemese de, olumlu ve iyimser araştırma tutumu nihayetinde beklenmedikti. Bu "yüzyılın bilmecesini" çözmesine öncülük ediyor. Bu çalışmanın sonuçları 2 Aralık'ta Physical Review Fluids'de yayınlandı.
Şekil Bu kağıt (Kaynak: Physical Review Fluids)
Sihirli kabarcık bulmaca
Bu "Yüzyılın Yapbozu" fizikte "Bretherton Problemi" olarak adlandırılır.
Bretherton 1960'larda yaşadı ve bunu açıklamaya çalışan ilk fizikçi oldu. Bretherton tarafından temsil edilen erken kabarcık problemi araştırmacıları, kabarcık yüzeyinde film oluşumu teorisinden yola çıktı, kritik koşullar altında aynı anda birden fazla akışkan mekaniği denklemini çözdü ve teorilerini doğrulamak için bir dizi deney tasarladı. Ancak deneysel sonuçlar beklentilerden oldukça farklıdır (aşağıdaki ikinci şekilde gösterildiği gibi, sol taraf teorik beklentidir ve sağ asimptotik çizgi deneysel veri noktalarından oluşur) Bretherton sorununun kaynağı budur.
(Kaynak: Taylor, J Fluid Mech 10 (1961), 161; Bretherton, J Fluid Mech 10 (1961), 166 )
Günümüzün bilim ve teknolojideki hızlı ilerlemesinde bile, karmaşık deneysel tasarım ne olursa olsun (aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi), fizikçiler hala bunun için bir kayıptır. Bazı insanlar, bu ortamda kabarcıkların etrafında, kabarcıkların yukarı doğru hareketini engelleyebilecek bir film olabileceğini düşünüyor.
İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü Mühendislik Mekaniği Laboratuvarı'nda bir derece okuyan bir lisans öğrencisi olan Wassim Dhaouadi ve laboratuvarın başkanı John Kolinski'nin araştırması, bu filmin varlığını ilk kez kanıtladı.
(Kaynak: Twente Üniversitesi)
Bu "kendisiyle çelişen" kabarcık problemini çözmek için ikisi, bulmak için "girişim mikroskobu" adı verilen bir yöntem kullanmaya karar verdiler ve bu yöntem, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için Lazer Girişim Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) tarafından kullanılan yöntemle aynıdır. aynısı.
Kabarcıkları incelerken, araştırmacılar bu özelleştirilmiş mikroskobu numuneye bir ışık huzmesi parlatmak ve ardından yansıyan ışığın yoğunluğunu ölçmek için kullandılar. Işığın sekme şekli aydınlattığı nesneye bağlı olduğundan, yansıyan ışığın ölçümü araştırmacıların belirli bir malzemenin ne kadar "kalın" olduğunu belirlemesine yardımcı olabilir. Bu şekilde, izopropanol ile dolu ince bir tüpte statik kabarcıklar tespit ettiler. Kolinski, izopropanolün "kendi kendini temizleyebileceğini" söyledi, bu çok gerekli çünkü deneyin sonuçları biraz kirlilik veya kirden bile etkilenecek.
Bazı hesaplama sonuçları, kabarcıkların çok ince bir sıvı tabakasına sarıldığını ve tüpün yan tarafına temas ettiğini, daha sonra yavaş yavaş küçüleceğini ve sonunda kaybolacağını göstermektedir. Kabarcık yukarı doğru hareket etmeye çalıştığında, bu ince tabaka hareketine karşı direnç yaratır.
Araştırmacılar, kabarcıkların etrafındaki bu çok ince sıvıyı gözlemlediler ve yaklaşık 1 nanometre kalınlığında ölçtüler. Teorik çalışmanın öngördüğü gibi, kabarcık hareketini bastırmanın nedeni budur.
Ancak, sıvı tabakanın oluşum nedeninin, kabarcıklardaki basınç ile tüpün duvarı arasındaki reaksiyon olduğunu da buldular, ancak, sıvı tabaka kaybolmadı, ancak her zaman sabit bir kalınlık korudu.
Araştırmacılar, ince sıvı katmanın ölçümlerine dayanarak hızını da hesaplayabilirler.
Kolinski, kabarcıkların hiç sabit olmadığını, ancak ince sıvı tabakanın neden olduğu direnç nedeniyle çıplak gözle görülemeyecek şekilde "çok yavaş" bir hızda yukarı doğru hareket ettiklerini söyledi. Baloncuğun statik görünmesinin nedeni, kabarcık ile tüp duvarı arasındaki ince filmin, balonun hareketine güçlü bir akış direncine neden olması ve bu çalışmanın sonuçlarının bu araştırma yönündeki birçok yeni teoriyi dışlamasıdır. Film kalınlığının giderek sıfıra ineceğini düşünmek gibi. Ayrıca, sıvıyı ve baloncukları ısıtmanın ince sıvı tabakayı yok edebileceğini buldular.
(Kaynak: EPFL)
Lisans öğrencileri için beklenmedik bir olay
Şekil John Kolinski ve Wassim Dhaouadi (Kaynak: EPFL)
İki araştırmacının bu bulguları, yer bilimleri alanındaki bazı problemler için yeni fikirler sağlamaya yardımcı olabilir.
Kolinski, "Bu çalışma, gözenekli bir kayada doğal gaz gibi gözenekli bir ortamda hareketsiz duran bir gazla karşılaştığımızda veya işlemi tersine çevirmek ve kayada karbondioksiti depolamak istediğimizde kullanılır. Gözlemimiz, baloncukların neden hala durduğunu ve bunun arkasında fiziğin olduğunu açıklıyor. "
Bir diğer heyecan verici nokta da, bu araştırmanın "önceki çalışmaların sonuçlarına göre herkesin değerli katkılarda bulunabileceğini" göstermesidir. Kolinski, bu araştırmanın başarısını destekleyen kişinin Wassim olduğunu söyledi: Bu araştırma temel bir araştırmadır ve sonuçları nano ölçekli sıvıların davranışını daha iyi anlamamıza yardımcı olacaktır. Wassim, Çalışmaya katılmaya odaklı olmak harika, böylece yarım yüzyılı aşkın süredir fizik camiasını rahatsız eden bu "büyük sorunu" nihayet çözebiliriz. "
Wassim, laboratuvara yaz stajı olarak girdi.Çoğu lisans öğrencisi gibi, projesinin ilk başta gerçekten ne üreteceğini beklemiyordu.Laboratuvarda staj, bilimsel araştırma sürecini deneyimlemeye ve artan deneyime odaklandı.
Ama bilimsel araştırmayı gerçekten çekici kılan da budur. Doğadaki şeyleri objektif gerçeklere dayanarak titizlikle araştırdığınız sürece gerçek ortaya çıkacaktır.
Wassim kabul ediyor Yabancı medya Görüşme sırasında araştırma kariyerimin başında eksiksiz bir araştırma projesini başarıyla tamamladığım için çok mutlu olduğumu ve laboratuvarda çalışmanın ve ödev yapmanın tamamen farklı olduğuna inandığımı söyledim.
"Ödevinizi yaptığınızda, bu sorulara her zaman kesin bir cevap olduğunu biliyorsunuz, ancak gerçek araştırma çalışmasında, araştırma problemini nihayet çözüp çözemeyeceğinizi ve sonunda ne bulacağınızı kimse bilmiyor" dedi. Şu anda, Wassim, ETH Zürih'te yüksek lisans eğitimi alıyor.
-Son-
referans:
https://phys.org/news/2019-12-student-year-old-physics-enigma.html
https: // www .livescience .com /why-gas-bubbles-stuck-vertical-tubes.html
Kaynak: DeepTech
Editör: Kun
1. 2. 3. 4. 5.
7. 8. 9. 10.
