Есть интересное явление гидродинамики, что происходит каждое утро в миллионы хлопьев чаши. Когда есть всего несколько кусочков каши остается плавающим на молоке, они обычно группируются вместе в середине или по краям чаши, а не разбредается по всей поверхности.
Теперь группа исследователей Университета Брауна разработал способ измерения силы, вовлеченные в этот тип кластеризации. Это первый раз, исследователи говорят, что эти силы были экспериментально измеряемых объектов в миллиметровом масштабе/сантиметр. И последствия этой работы выходит далеко за пределы мисках для хлопьев — результат может быть весьма полезным руководством для самостоятельной сборки микромашин или в проектировании микроскопические роботы, которые работают в и вокруг воды.
«Существует множество моделей, описывающих этот эффект болельщиц, но это все были теоретические», — сказал Ян Хо, студент в Университете Брауна и ведущий автор бумаги описывая работу. «Несмотря на то, что это то, что мы видим каждый день и это важно для таких вещей, как самосборка, никто не делал никаких экспериментальных измерений в этой шкале для проверки этих моделей. Вот что нам удалось сделать здесь».
Исследование опубликовано в физическая. Соавторы Хо Джузеппе Пуччи, приглашенным ученым в коричневый, и Даниэль Харрис, доцент в школе Брауна техники.
Возникает эффект болельщиц в результате взаимодействия силы тяжести и поверхностное натяжение — склонности молекул на поверхности жидкости склеиваются, образуя тонкую пленку по всей поверхности. Мелкие объекты, такие как хлопья недостаточно тяжелые, чтобы разорвать поверхностное натяжение молока, так что они плавают. Их вес, однако, создает небольшую вмятину на поверхности пленки. Когда колечко Дент получает достаточно близко к другой, они попадают друг в друга, объединив свои вмятины и в конечном итоге формирование кластеров на поверхности молока.
Для того, чтобы проверить, насколько сильно болельщиц … и других объектов в группе поддержки, размер и вес спектр — притягиваются друг к другу, исследователи использовали специально построенный аппарат, который использует магнетизм для измерения сил. Эксперимент включает в себя два колечко-размера пластиковые диски, один из которых содержит небольшой магнит, плавающий в небольшой ванне с водой. Электрических катушек, окружающих ванну производят магнитные поля, которые могут тянуть на намагниченный диск подальше, а другой удерживается на месте. Путем измерения интенсивности магнитного поля в тот момент, когда диски начинают двигаться друг от друга, исследователи смогли определить количество притягательную силу.
«Магнитное поле дал нам немеханический способ применения силы в эти органы», — сказал Харрис. «Это было важно, потому что сил мы измеряем похожи на вес комара, поэтому, если мы физически трогать этих органов мы будем мешать, как они двигаются».
Эксперименты показали, что традиционная математическая модель взаимодействия на самом деле по-прогнозирует сила притяжения, когда диски расположены очень близко друг к другу. Сначала исследователи не были уверены, что происходит, пока не заметила, что двум дискам приблизиться, они начинают наклонять друг к другу. Наклон приводит к диску нужно жестче давить на поверхность жидкости, которая, в свою очередь, увеличивает силу, по которой жидкость выталкивает обратно. Дополнительный толчок приводит к слегка повышенной силы притяжения между дисками.
«Мы поняли, что есть одно дополнительное условие, что наша модель не удовлетворяло, которая была такой наклон,» сказал Харрис. «Когда мы добавили, что один ингредиент к модели, мы получили гораздо лучшее соглашение. Это стоимость туда и обратно между теорией и экспериментом».
Полученные результаты могут быть полезными при разработке микромасштабе машин и роботов, говорят исследователи. Есть интерес, например, используя небольшие паукообразные роботы, которые могут носятся по поверхности воды, чтобы сделать мониторингу окружающей среды. Эта работа проливает свет на виды сил эти роботы будут сталкиваться.
«Если у вас несколько маленьких машин, движущихся вокруг двух или более ногах робота, вы должны знать, какими силами они оказывают друг на друга», — сказал Харрис. «Это интересная область исследований, и тот факт, что мы могли бы внести что-то новое, чтобы это интересно».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!