211service.com
Domājot par izlijušu ūdeni
Izlejot dzērienu uz galda virsmas, šķidrums izkliedējas un tad apstājas, atstājot peļķi ar asu robežu. Tomēr formulas, ko zinātnieki izmanto, lai aprakstītu šādu šķidruma plūsmu, saka, ka ūdenim vajadzētu turpināt izplatīties bezgalīgi. Ikviens zina, ka tas tā nav, bet kāpēc? Atbildes izpratne ir būtiska procesos, sākot no zobratu eļļošanas līdz oglekļa dioksīda atdalīšanai.
Rubens Huaness, civilās un vides inženierijas asociētais profesors, kopā ar maģistrantu Amiru Pahlavanu, zinātnisko līdzstrādnieku Luisu Kuto-Felgeroso un mašīnbūves profesoru Garetu Makkinliju, PhD '91, nesen izdomāja atbildi uz šo ilgstošo mīklu.
Klasiskais plānslāņa modelis apraksta šķidrās plēves izplatīšanos, taču tas neparedz, ka tā apstāsies, saka Pahlavans. Izrādās, ka problēma ir mēroga problēma: tas, kas faktiski aptur peļķi, ir spēki, kas darbojas tikai nanomērogā, viņš skaidro. Un, lai gan šie spēki ir niecīgi, to ietekme maina šķidruma uzvedību tādā veidā, kas ir acīmredzams daudz lielākā mērogā.
Šie starpmolekulārie spēki, kas strauji samazinās līdz ar attālumu, spēlē tikai objektus, kas atrodas ārkārtīgi tuvu viens otram. Pie peļķes malas šķidruma plēve kļūst izzūdoši plāna, un augšējā un apakšējā virsma gandrīz pieskaras. Tur šķidruma-cietā un šķidruma-gaisa saskarnes ir pietiekami tuvu, lai starpmolekulārie spēki tos ietekmētu. Šie ir trūkstošie starpmolekulārie spēki makroskopiskajā aprakstā, saka Pahlavans. Lai gan bija zināms, ka šie spēki ir jāņem vērā, iepriekšējie ierosinātie modeļi nespēja konsekventi saskaņot eksperimentālos novērojumus. Ņemot vērā virsmas spraiguma nanomēroga modifikācijas pie peļķes malas, MIT pētnieku modelis atrisina daudzas iepriekšējo modeļu neatbilstības.
Iesaistītie principi ietekmē daudzas citas situācijas, kurās spējai aprēķināt, kā šķidrums uzvedīsies, var būt nozīmīgas sekas, sākot no eļļošanas līdz dzesēšanas sistēmām. Piemēram, oglekļa sekvestrācijai — oglekļa dioksīda noņemšanai no fosilā kurināmā emisijām un ievadīšanai pazemes veidojumos — ir svarīgi saprast, kā šķidrums izplatīsies pa akmeņu porām, lai prognozētu, cik stabila var būt šāda veida uzglabāšana.
Jūs sākat ar kaut ko ļoti vienkāršu, piemēram, peļķes izplatīšanos, bet jūs iegūstat kaut ko ļoti fundamentālu starpmolekulārajiem spēkiem, saka Huaness. Tas pats process, tā pati fizika tiks spēlēta daudzās sarežģītās plūsmās.