211service.com
Īru matemātiķi atrisina Ginesa grimstošā burbuļa problēmu
Viena no intriģējošākajām plūstamības dinamikas problēmām ir mulsinošā burbuļu uzvedība Ginesā, slavenajā īru stout.
Kā apliecinās daudzi dzērāji, šķiet, ka Ginesa burbuļi grimst, dzērienam nostājoties un veidojoties galvai. Kā tas var būt, ņemot vērā, ka burbuļi ir mazāk blīvi nekā apkārtējais šķidrums un tāpēc tiem vajadzētu celties?
Apmēram pēdējo desmit gadu laikā fiziķi ir sākuši atšķirt šo problēmu. Pavisam nesen viņi ir parādījuši, ka grimst nevis burbuļi, bet šķidrums, kas cirkulē tā, lai tas būtu uz leju pie stikla sienām un uz augšu interjerā. Kamēr šķidruma plūsma uz leju ir ātrāka nekā burbuļu kustība uz augšu, šķiet, ka tie nogrimst.
Bet tas joprojām atstāj mīklu: kāpēc šķidrums cirkulē šādā veidā?
Šodien īpaša īru matemātiķu komanda atklāj atbildi. Jevgeņijs Benilovs, Katāls Kaminss un Viljams Lī no Limerikas universitātes saka, ka šīs mīklas pēdējais gabals ir stikla forma, kurai ir izšķiroša ietekme uz asinsrites modeļiem šķidrumā.
Lai saprastu, kā to izdarīt, vispirms atcerieties, ka katra burbuļa kustība velk apkārt esošo šķidrumu. Tagad iedomājieties, kas notiktu, ja pie puslitra glāzes sienas būtu šķidruma apgabals, kurā būtu mazāk burbuļu, un attiecīgi apgabals ar lielāku burbuļu blīvumu netālu no stikla vidus.
Benilovs un kolēģi saka, ka pretestība būs lielāka reģionā, kur ir lielāks burbuļu blīvums, citiem vārdiem sakot, stikla centra tuvumā. Tas rada nelīdzsvarotību, kas izveido cirkulācijas modeli, kurā šķidrums plūst uz augšu stikla centrā un uz leju pie sienām.
Tas ir tieši tā, kā novērots Ginesa puslitrā. Bet kas vispār izraisa zema burbuļu blīvuma reģionu pie stikla sienām?
Benilovs un co iedomājas, ka, lai sāktu, burbuļi vienmērīgi tiek sadalīti visā šķidrumā. Ideālā cilindrā tie vienkārši paceltos kopā. Burbuļi katrā šķidruma tilpumā tiek nepārtraukti papildināti no apakšas.
Bet iedomājieties trauku, kas ir šaurāks apakšā un platāks no augšas, lai sienas paceltos leņķī, kā puslitras glāzē. Šajā gadījumā vienkārša burbuļu paaugstināšanās darbība rada zemu burbuļu blīvuma reģionu blakus leņķiskajai sienai, jo burbuļi netiek vienmērīgi papildināti zemāk.
Turpretim burbuļu blīvums ir lielāks stikla vidū, jo burbuļi tiek papildināti no apakšas.
Tas izveidotu tieši tādu aprites modeli, kāds tiek novērots, saka Benilovs un citi.
Šis efekts sedimentācijas teorijā ir labi zināms kā boikota efekts. Pirmo reizi tas tika novērots mēģenēs, kas satur sarkanās asins šūnas, kad tika atklāts, ka sedimentācijas laiku var ievērojami samazināt, pagriežot mēģenes, saka Benilovs un citi.
Šie puiši pat ir izveidojuši Ginesa burbuļu uzvedības datormodeli, kas apstiprina viņu domāšanu.
Tomēr glazūra uz kūkas ir tāda, ka ir vienkāršs eksperiments, kas var viegli apstiprināt teoriju.
Eksperimenti parasti nav matemātiķu sfēra. Bet Benlivo un kolēģi demonstrē drosmi, kas pārsniedz matemātisko pienākumu, faktiski veicot eksperimentu, kurā viņi drosmīgi ielej Ginesu cilindrā. Ja konteiners ir sasvērts, tiks novērots, ka burbuļi virzās uz augšu pie tā augšējās virsmas un uz leju pie apakšējās virsmas, viņi saka.
Viņi pat ir izveidojuši šī eksperimenta videoklipu, ko varat lejupielādēt šeit (avi) .
Protams, eksperimentālās zinātnes būtība ir atkārtojamība. Daudzi lasītāji nebūs apmierināti ar tikai vizuāliem pierādījumiem no videoklipa, bet uzstās atkārtot šo eksperimentu pēc saviem noteikumiem, iespējams, viņu izvēlētā hostelī. Diezgan pareizi.
Bet, ja izvēlaties šo maršrutu, atcerieties, ka šis darbs nav gluži dīvains. Izpratne par šāda veida burbuļojošām plūsmām ir svarīga vairākiem lietojumiem, piemēram, šampanieša glāžu ražošanā, kurās ir iegravētas kodolu veidošanās vietas, un logrīku un līdzīgu tehnoloģiju putošanās veicināšanai stoutos, saka Benilovs un citi.
Ginesa dzērāji (un servētāji) apzinās arī citu problēmu, kas viņus nomoka — laiks, kas nepieciešams, lai Ginesa puslitrs nosēstos, kas ir ievērojami ilgāks nekā ar lielāko daļu eilu un lāgeru.
Vai šis darbs varētu ļaut pārveidot puslitras glāzes tā, lai mudinātu stouts ātrāk apmesties?
Mēs rūpīgi sekosim turpmākajām norisēm.
Atsauce: arxiv.org/abs/1205.5233 : Kāpēc Ginesā nogrimst burbuļi?