Наблюдение за обычным явлением, когда соль оседает на дне кастрюли в виде кольца при варке макарон, вдохновило ученых из Университета Твенте (Нидерланды) и Французского национального института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды (INRAE) на проведение исследования. Они задались вопросом, какие физические механизмы лежат в основе этого процесса. Чтобы изучить это, исследователи разработали простой и воспроизводимый эксперимент, который оказался на удивление информативным.
В основе явления лежит сложное взаимодействие между частицами соли и водой. Когда одна частица соли опускается в воду, она оставляет за собой возмущение потока воды. Это возмущение, известное как след, влияет на соседние частицы. Когда множество частиц соли падают одновременно, они образуют своеобразное облако. Взаимодействие между следами отдельных частиц внутри этого облака приводит к горизонтальным смещениям, которые и создают радиальное расширение, напоминающее круг.
При быстром оседании частиц формируется четко очерченное кольцо с чистой центральной областью. Этот эффект возникает из-за того, что вода, увлекаясь опускающимися частицами, отталкивает их от центра. Если частицы опускаются с большей высоты, их облако имеет возможность расширяться. В конечном итоге взаимодействия становятся незначительными, и осадок приобретает более однородную круглую форму.
Удивительно, но размер частиц также играет важную роль в формировании кольца. Крупные частицы смещаются по радиусу больше, чем мелкие. Это свойство можно использовать для сортировки частиц по размеру, просто опуская их в воду.
Этот, казалось бы, обыденный процесс на самом деле представляет собой сложную комбинацию физических явлений, таких как седиментация, неползучий поток, взаимодействие на больших расстояниях и увлечение следа. Исследователям удалось успешно воспроизвести формирование солевых колец в лаборатории, что подтверждает их понимание основных механизмов.
Результаты этого исследования, представленные в статье под названием «Солевое кольцо в вашей кастрюле: Морфология отложений облака частиц», опубликованной в журнале Physics of Fluids, дают новое понимание динамики оседания частиц. Матье Сузи из Университета Твенте был одним из спикеров, представлявших это исследование.
Эксперимент, на основе которого проводилось исследование, был разработан на обычной белой доске. Простота и доступность этого эксперимента делают его особенно ценным инструментом для понимания сложных физических процессов. Исследование проводилось с использованием воды в качестве среды, и варьировалась высота с которой частицы соли помещались в воду. Ученые смогли надежно создать солевые кольца, изучая их морфологию и динамику формирования.
Итогом исследований стало понимание, что знакомое всем кулинарное явление скрывает в себе сложные физические закономерности. Ученые не только смогли объяснить, почему формируются солевые кольца, но и смогли использовать это явление для демонстрации фундаментальных физических принципов, лежащих в основе движения частиц в жидкости.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе явления лежит сложное взаимодействие между частицами соли и водой. Когда одна частица соли опускается в воду, она оставляет за собой возмущение потока воды. Это возмущение, известное как след, влияет на соседние частицы. Когда множество частиц соли падают одновременно, они образуют своеобразное облако. Взаимодействие между следами отдельных частиц внутри этого облака приводит к горизонтальным смещениям, которые и создают радиальное расширение, напоминающее круг.
При быстром оседании частиц формируется четко очерченное кольцо с чистой центральной областью. Этот эффект возникает из-за того, что вода, увлекаясь опускающимися частицами, отталкивает их от центра. Если частицы опускаются с большей высоты, их облако имеет возможность расширяться. В конечном итоге взаимодействия становятся незначительными, и осадок приобретает более однородную круглую форму.
Удивительно, но размер частиц также играет важную роль в формировании кольца. Крупные частицы смещаются по радиусу больше, чем мелкие. Это свойство можно использовать для сортировки частиц по размеру, просто опуская их в воду.
Этот, казалось бы, обыденный процесс на самом деле представляет собой сложную комбинацию физических явлений, таких как седиментация, неползучий поток, взаимодействие на больших расстояниях и увлечение следа. Исследователям удалось успешно воспроизвести формирование солевых колец в лаборатории, что подтверждает их понимание основных механизмов.
Результаты этого исследования, представленные в статье под названием «Солевое кольцо в вашей кастрюле: Морфология отложений облака частиц», опубликованной в журнале Physics of Fluids, дают новое понимание динамики оседания частиц. Матье Сузи из Университета Твенте был одним из спикеров, представлявших это исследование.
Эксперимент, на основе которого проводилось исследование, был разработан на обычной белой доске. Простота и доступность этого эксперимента делают его особенно ценным инструментом для понимания сложных физических процессов. Исследование проводилось с использованием воды в качестве среды, и варьировалась высота с которой частицы соли помещались в воду. Ученые смогли надежно создать солевые кольца, изучая их морфологию и динамику формирования.
Итогом исследований стало понимание, что знакомое всем кулинарное явление скрывает в себе сложные физические закономерности. Ученые не только смогли объяснить, почему формируются солевые кольца, но и смогли использовать это явление для демонстрации фундаментальных физических принципов, лежащих в основе движения частиц в жидкости.
