物理学者はオートミールリングの付着を説明します

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ビデオ: オートミール3ヶ月食べ続けた明らかな身体への変化とは?! その2つのレシピも紹介 2022, 12月
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Anonim
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科学者たちは、液体の表面にある円盤の形をした物体の相互作用を実験的に研究し、このプロセスの数値モデルを構築しました。この研究は、特に、オートミールの朝食用リングが主にグループを形成する理由、またはプレートの壁に向かって配置される理由を説明するのに役立ちますが、水中を通る生物の動きを説明したり、浮遊マイクロボットを作成したりするのにも役立ちます。観察された振る舞いを説明するために、オブジェクトの垂直変位と傾斜の両方を考慮する必要があることが判明しました、著者はジャーナルPhysicalReviewLettersに書いています。

物体が液体の表面に浮かぶと、その動きに影響を与える可能性のあるいくつかの力が発生します。原則として、重力とアルキメデスの力の2つの主な力がありますが、これらは常に垂直軸に沿って方向付けられ、体が浮いている場合は、それらも補正する必要があります。

液体の表面張力と体の材料への親和性に関連する毛細管力も考慮する必要があります。それらのために、液体の表面は体の隣で曲がり、その側面からの結果として生じる力は水平に対してある角度で向けられます。このおかげで、アメンボなどの小さな物体は、水に沈むことなく、つまりアルキメデスの力を経験することなく、水面に浮かぶことができます。

液体の表面の曲率は、たとえば別の物体に近接している場合に、浮遊物体の動きに影響を与える可能性があります。その結果、毛細管引力が発生します。これは、多くの日常的な状況で観察できます。たとえば、この現象はクラスターを形成する傾向の原因であるか、泡やさまざまなボール、フレーク、その他の種類の朝食用シリアルで容器の端にあります。英語圏では、この現象を簡単に再現できる例として、オーツ麦の指輪メーカーの商標で「チェリオス効果」と呼ばれることもあります。

毛細管引力の影響に関する研究には長い歴史があり、曝露の大きさを定量化する現代の試みは1949年の記事から始まります。ただし、行われる作業のほとんどは力の理論的評価に専念しており、実験的な測定値は比較的少ないです。結果として、相互作用の多くのパラメーターへの依存性は、経験的に確認されていないままです。

ブラウン大学の物理学者は、ダニエル・ハリス(ダニエル・ハリス)の指導の下、水面上の2つの巨視的物体の質量、サイズ、距離に応じて、それらの相互作用力を初めて直接測定しました。従来の理論的分析では、もう1つの要因、つまり、物体が非常に接近しているときの物体の傾きが見落とされていたことが判明しました。この事実を無視すると、彼らの結束度を過小評価することになります。

著者によって作成されたセットアップは、水面に配置された2センチメートルサイズの超疎水性プラスチックディスクで構成されていました。片方は機械的に一箇所に保持され、もう片方は移動可能で、小さな磁石も含まれているため、外部磁場により非接触で移動することができました。この実験計画は、必要な磁気作用に基づいて、それらのパラメータのさまざまな組み合わせで、くっついたディスクを切り離すのに必要な力を決定することを可能にしました。

物理学者はまた、相互作用の数値モデルを作成しました。その結果は、最初はディスク間の比較的大きな距離でのみよく一致していました。結局のところ、その理由は、最も近い場所でのディスクの新たな傾きでした-そのような構成は、水側からの力の方向を変え、接着力の増加につながります。この効果をモデルに組み込むことで、観測との適合性を大幅に向上させることができました。

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ミリニュートン単位の付着力のミリメートル単位のディスク間の距離への依存性。点は実験で得られた値を示し、赤い線(傾きを考慮しない数値モデル、黒い線)は傾きを考慮しています。

以前、科学者はヤモリが水の上を走ることを可能にする動きの特徴を決定し、生物組織間の境界の形成における表面張力の役割を発見し、水からの氷の表面の滑りやすい層の違いを発見し、説明しました焼きたてのパンケーキの逆回転。

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