چهارشنبه ۰۹ فروردین ۱۳۹۶

تبلیغات

حل یک معمای شیرین با مشارکت دو ایرانی!

danesheroz اردیبهشت ۳, ۱۳۹۲ ۰
حل یک معمای شیرین با مشارکت دو ایرانی!

یک نظریه جدید به همراه نتایج آزمایشگاهی که اخیرا با مشارکت پژوهشگرانی از کشورمان ارائه شده است، توضیح می‌دهد که چرا باریکه‌ای از عسل که از قاشق می­‌چکد می‌تواند بدون بریده شدن، این چنین کشیده شود

به­‌هنگام برداشتن عسل با قاشق از یک ظرف، باریکه­‌ بلند و پیوسته‌ای از عسل ایجاد می ‌شود، اما پژوهشگران تاکنون درنیافته‌ بودند که چرا رشته­‌های باریک از یک شاره وشکسان بدون گسسته شدن، این­ چنین کشیده و طولانی می‌شود.

در نشریه Physical Review Letters، یک گروه تحقیقاتی این معما را با کمک آزمایش با باریکه­‌های روغن سیلیکون و به­‌صورت نظری توضیح می­‌دهند. آن­ها دریافته‌اند که هر چند گرانروی بر حرکات بزرگ­‌مقیاس شاره­‌ی در حال سقوط تأثیر زیادی ندارد، ولی در عوض بر نحوه­‌ی شکل­‌گیری و رشد امواج تصادفی که منتهی به گسیختگی رشته­‌ی شاره می‌شود موثر هستند.

نتایج این پژوهش می­‌تواند در فرآیندهای صنعتی که با ایجاد رشته­‌های باریک و طولانی از شاره­‌های وشکسان سر و کار دارند، مانند نحوه ایجاد فیبر نوری، مفید واقع شود.

قطره قطره شدن رشته­‌های شاره از اواخر قرن نوزدهم مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است.

ژوزف پلاتو بلژیکی و لرد ریلی انگلیسی، فهمیده بودند که کشش سطحی شاره می­‌تواند با رشد آشفتگی‌هایی در راستای شعاعی ستون شاره باعث قطره قطره شدن باریکه شاره شود. ولی این مساله به­‌صورت معما باقی مانده بود که در سقوط رشته­‌های شاره وشکسان چرا قطره قطره شدن با تاخیر زیادی صورت می­‌گیرد؛ به­‌هنگام جاری شدن باریکه­‌ی آب از شیر، تقریبا بعد از ۱۰ سانتی‌متر باریکه قطره قطره می­‌شود، این در حالی­ است که در مورد رشته باریک عسل این طول می­‌تواند به حدود ۱۰ متر برسد!

همچنان­‌که رشته شاره سقوط می‌کند، در اثر وزن خود کش می­‌آید و باریک می­‌شود و این کشیده شدن در برابر رشد آشفتگی‌های به وجود آمده در راستای شعاعی (ناپایداری ریلی- پلاتئو) که منجر به قطره قطره شدن می­‌شوند، مقاومت می­‌کند. با توجه به نظریات پیشین، فرایند کشیده شدن و قطره قطره شدن عموماً تحت جاذبه بوده و گرانروی سیال بر آن بی­‌تأثیر است. از این­‌رو طولی که در آن باریکه قطره قطره می­‌شود بایستی مستقل از گرانروی بوده و برای تمام شاره­‌هایکسان باشد.

آرمان جوادی – دانشجوی دکتری مشترک در مرکز تحصیلات تکمیلی زنجان و Ecole Normal Supérieure در پاریس) به‌ همراه همکارانش (از جمله مهدی حبیبی از مرکز تحصیلات تکمیلی زنجان -، این مسئله را از دیدگاه جدیدی و با جزییات بیشتری مورد مطالعه قرار داده­‌اند. آن­ها تحلیل پایداری را بر اساس یک مدل ریاضی برای سقوط و کشیده شدن یک باریکه­‌ی شاره وشکسان تحت جاذبه مطالعه کرده‌اند.

آن­ها آشفتگی‌هایی موجی بر روی باریکه­‌ی شاره اعمال کرده و بررسی کرده‌­اند که آیا دامنه این آشفتگی­‌ها با زمان گسترش می‌یابد و یا اینکه در طول زمان از بین خواهند رفت.

ینز اگرز از دانشگاه بریستول انگلستان و یکی از اعضای تیم، می‌افزاید که سختی کار در آنجا بود که پارامترها در طی رشد این آشفتگی‌ها ثابت نبودند و به­‌علت کشیده شدن باریکه­‌ی در حال سقوط ، طول موج آشفتگی­‌ها با زمان افزایش می‌یافت.

این پژوهشگران دریافته‌اند که طول قطره قطره شدن باریکه به گرانروی شاره بستگی دارد و سرنخ فهم این مسئله در تشخیص نقش­ه‌ای متفاوتی است که گرانروی شاره در این مسئله ایفا می‌کند. به نوشته تارنمای انجمن فیزیک، رشته شاره­‌ای با گرانروی بالا نسبت به رشته شاره­‌ای با گرانروی پایین به­‌طور مشخص مقاومت بیشتری در برابر کشیده شدن نشان می­‌دهد، ولی در عین­‌حال رشد آشفتگی‌ها به علت گرانروی بالا در آن کندتر است.

آشفتگی‌هایی که در ابتدای رشته و در نزدیکی روزنه بوجود می­‌آیند، قبل از آنکه رشد کنند به علت کشیده شدن زیاد در نزدیکی روزنه به سرعت کشیده شده و ار بین می­‌روند، لذا تاثیری در پاره شدن رشته ندارند؛ اما آشفتگی­‌هایی که در پایین دست ایجاد می­‌شوند بدون آنکه با شدت زیادی کشیده شوند می­‌توانند رشد کنند. بنابراین اثر گرانروی بر رشد آن­ها باید به­‌حساب آید و آن­ها می­‌توانند منجر به قطره قطره شدن شوند.

پژوهشگران نتایج نظری خود را با آزمایش بر روی رشته­‌های روغن‌ سیلیکون در گستره وسیعی از گرانروی­‌ها مقایسه کرده و تطابق خوبی را مشاهده کرده‌اند. البته در برخی از مقادیر گرانروی، تئوری مقدار بیشتری را برای طول قطره قطره شدن تخمین زده است. آن­ها تصور می­‌کنند که در ‌این گرانروی‌ها، رشته پیش از گسستن بسیار باریک شده به­‌ طوری‌ که حساسیت آن به آشفتگی­‌ها بیشتر از چیزی است که تئوری می­‌تواند در نظر بگیرد.

توماس بوهر از دانشگاه فنی دانمارک، این پژوهش را تحلیلی دقیق و بسیار هوشمندانه عنوان می­‌کند. مطالعات پیشین بوهر بر روی این مساله فقط به حالت­‌هایی با طول موج­‌های بلند آشفتگی محدود می­‌شد که اثر گرانروی قابل چشم‌پوشی بود.

تاخیر در قطره قطره شدن ستون‌های شاره وشکسان می­‌تواند در صنایع ریسندگی فیبر حائز اهمیت باشد، جایی که شاره­‌ای با گرانروی بالا مانند پلیمر یا شیشه مذاب را به­‌صورت رشته‌های نازک و بلند کشیده شده به منظور تولید منسوجات یا فیبر نوری ایجاد می­‌کنند. اگرز بیان می‌دارد که این پژوهش می­‌تواند برای چنین فیبرهایی طول بیشینه‌ایی را تخمین بزند که رشته بعد از آن گسسته می‌شود.

ایجاد رشته­‌های باریک در برخی محیط‌های آتشفشانی نیز به­‌صورت طبیعی اتفاق می‌افتد. در آنجا سنگ مذاب کشیده شده سرد شده و رشته­‌های منجمد موسوم به “Pele’s hair” به وجود می‌آورد.

نیل ریبه از دانشگاه پاریس و عضو دیگر این تیم تحقیقاتی نیز اذعان می­‌دارد که در این پدیده­‌ی طبیعی نیز مشابه با پدیده سقوط رشته شاره، گرانروی بالای شاره و کشیدگی زیاد رشته حضور دارند. البته در این حالت سرد شدن سریع باعث افزایش شدید در گرانروی می­‌شود. به­‌این معنی که رشته­‌هایی که به­‌صورت خیلی نازک کشیده می­‌شوند، پیش از گسستن جامد و متبلور می­‌شوند.

سه شنبه ۳ اردیبهشت ۱۳۹۲ - ۱۸:۱۱
کد خبر : 12742
بازدیدها: 165

پاسخی بگذارید »