شرح خبر

قطره‌ی کوچکی به سطح جامدی برمی‌خورد؛ چه آینده‌ای انتظار او را می‌کشد؟ پهن یا پاشیده خواهد شد؟ پژوهش‌گران دقیقا نمی‌دانند چه شاخصه‌هایی در تعیین سرنوشت قطره‌ی کوچک موثر خواهند بود؛ اما گروهی در اسپانیا می‌گویند به نظر می‌آید گازی که پیرامون قطره وجود دارد، نقش بزرگی دارد. این گروه آزمایش‌هایی ترتیب داده و با به کار بستن قطره‌هایی از مایع‌های متفاوت رابطه‌ای برای تعیین کمینه‌ی سرعت لازم برای پاشیده شدن را جست و جو کرده‌اند. این مقدار می‌تواند تابع اندازه‌ی قطره‌ها و ویژه‌گی‌های جو پیرامون است. این یافته‌ها می‌توانند در درک بهتر سامانه‌های جوهرافشان، پخش آفت‌کش‌ها و فراگیر شدن آلودگی‌ها در گیاهان، به کار بسته‌شوند.

در برخورد با مسائل صنعتی مانند چاپ‌گرهای جوهرافشان باید درک دقیقی از اثر قطره‌ها و سطوح بر یک‌دیگر داشته باشیم. به عنوان نمونه، علاقه‌مند هستیم بدانیم قطره‌ها در برخورد با سطوح پخش می‌شوند یا خیر. می‌دانیم که قطره‌هایی که با سرعت بالاتری حرکت می‌کنند، راحت‌تر از قطره‌های کند پخش می‌شوند؛ شاخصه‌های مهم دیگری مانند اندازه‌ی قطره، گران‌روی مایع، و کشش سطحی نیز وجود دارند.

اما ریبوکس گایلائوم و خوزه مانوئل گورودیلو از دانشگاه سویل در اسپانیا معتقد هستند که تمام جنبه‌های این مساله بررسی نشده‌اند. بنا بر گفته‌ی گورودیلو، این گروه تحلیل‌های نظری و آزمایش را ترکیب کرده و تمام قطعه‌هایی را که پیش از این در جورچین وارد نشده‌بودند، مانند ویژه‌گی‌‌های گاز پیرامون، در نظر آورده‌اند.

G. Riboux & J. M. Gordillo از دانش‌گاه سویل

پاشیده شدن. یک قطره‌ی روغن سیلیکن ۸۶/۰ میلی‌متری در تصویر دیده می‌شود. یک قطره‌ی آب با همین مشخصات باید، در برخورد با یک سطح جامد، سرعت ۴۷/۲ متر بر ثانیه سرعت داشت باشد تا پاشیده شود؛ سرعت قطره‌ی روغن سیلیکن ۳/۱ برابر قطره‌ی آب است.

ریبوکس و گایلائوم با استفاده از دوربین‌های سرعت‌بالا از قطره‌های هشت مایع مختلف تصویر برداشته‌اند؛ این مایع‌ها در چگالی، کشش سطحی، و گران‌روی، و سرعت برخورد با جامد، تفاوت داشته‌اند. این گروه مشاهده کرده‌اند که مایع در زمان برخورد، بر روی سطح، درصفحه ای به کلفتی چند ده میکرومتر، پخش می‌شود.

در گام بعد برهم‌کنش میان سطح و مایع وارد بازی می‌شوند. برای مایع‌‌هایی که به صورت عادی دانه‌‌ای هستند و بر سطح پخش نمی‌شوند، یک لایه‌ی نازک هوا، زیر لبه‌ی صفحه ای از مایع که پخش می‌شود، قرار گرفته و میان مایع و سطح فاصله می‌اندازد؛ به این ترتیب مایع بالا می‌رود. سپس صفحه مایع رانش آئرودینامیکی به سمت بالا را تجربه می‌کند.

در برخی موارد، این بالا رفتن، موقت است: صفحه مایع دوباره به سمت پایین برگشته و به نرمی پخش می‌شود و نمی‌پاشد. اما در موارد دیگر، صفحه مایع پیوسته بالا می‌رود. کشش سطحی یک ناپایداری شناخته‌شده در لبه‌های صفحه مایع ایجاد می‌کند؛ این ناپایداری شیارهایی ایجاد کرده و مایع به شکلی بریده بریده پاشیده و قطره‌های کوچکی گسیل می‌شوند. همین ناپایداری است که در سرشیرها سبب ایجاد قطره‌های آب می‌شوند.

این گروه دریافته است که هوای پیرامون نیز در تعیین پاسخ این پرسش که آیا حرکت رو به بالا ادامه می‌یابد یا خیر نقش موثری دارد. اگر مانند بال‌های هواپیما کار کند، نیروی بالابرنده به چگالی هوا و سرعت صفحه مایع بستگی خواهد داشت. اما این پژوهش‌گران دریافته‌اند که در اندازه‌های کوچک، دو شاخصه‌ی دیگر اهمیت می‌یابند: گران‌روی گاز و مسافت میانگین آزاد ملکول‌های آن – فاصله‌ای که ملکول‌های گاز می‌توانند بدون برخورد با ملکول‌های دیگر طی کنند. این فاصله که برای هوای پیرامون در حدود ۶۵ نانومتر است، سرعت شارش گاز در مجاورت سطح جامد را تعیین می‌کند. این شاخصه نیز نیروی رو به بالای وارد بر صفحه مایع را تعیین می‌کند. این اثر عموما نادیده گرفته می‌شود؛ اما در فاصله‌ی ریزمقیاس میان صفحه مایع و سطح جامد، مقدار آن قابل توجه می‌شود.

برونو اندروتی، از دانش‌گاه پاریس-دیدروت می‌گوید: «بخش زیبای کار همین است» ... «این نمونه‌ی بارز فیزیک سامانه‌های پیچیده است؛ هیچ ایده‌ی تازه‌ای در کار نیست اما ترکیب آن‌ها است که در پیش‌بینی آستانه‌ی پاشید‌گی مطرح می‌شود». او می‌گوید این نتایج تازه از آن جا می‌آیند که ویژ‌گی‌های گاز به درستی معرفی و البته نقش مسافت میانگین آزاد نیز در نظر گرفته شده است.

بنا بر گفته‌ی اندروتی، رابطه‌ی آن‌ها برای پیش‌بینی پاشند‌گی قطره‌ها می‌تواند در عملکرد به‌تر و دقیق‌تر چاپ‌گرهای جوهرافشان کمک کند. بنا بر پیش‌نهاد گوریدیلو، نتایج این کار هم‌چنین می‌توانند در کاهش سرعت آلوده شدن گیاهان کمک کند؛ چرا که دانشمندان خواهند توانست مقدار فضایی را که یک گیاه لازم دارد تا از باکتری‌های درون قطره‌های باران پاشیده شده در امان بمانند، محاسبه کنند. درک ما ا از آستانه‌ی پاشیدگی قطره‌ها، هم‌چنین می‌تواند در بررسی مسائل جنایی مفید باشد؛ پس از این دانشمندان خواهند توانست ارتفاعی را که قطره‌های خون از آن چکیده‌‌اند، تخمین بزنند.

منبع:

WhatMakesADropletSplashw

مرجع:

Experiments of Drops Impacting a Smooth Solid Surface: A Model of the Critical Impact Speed for Drop Splashing

Guillaume Riboux and José Manuel Gordillo

Phys. Rev. Lett. 113, 024507 (2014)

Published July 11, 2014



نویسنده خبر: سعیده هوشمندی
کد خبر :‌ 1493

آمار بازدید: ۲۳۲
همرسانی این خبر را با دوستان‌تان به اشتراک بگذارید:
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌


صفحه انجمن فیزیک ایران را دنبال کنید




حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)
  • پژوهشگاه دانش‌های بنیادی
  • دانشگاه صنعتی شریف
  • دانشکده فیزیک دانشگاه تهران

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Server: Iran (45.82.138.40)

www.irandg.com