مشاوره رایگان تحصیلی
منو

شبیه سازی توضیح می‌دهد چگونه مخلوط‌های ذرات معلق مایع، ناگهان به جامد تبدیل می‌شوند

+ 173
رأی شما
- 129

مخلوط معلق برخی از ذرات دانه‌ای در مایعات باعث می‌شود که ماده‌ی سیال در مقابل نیروی برشی (مانند حرکت سریع دست در مایع) عکس العمل‌های غیر منتظره‌ای نشان دهد. برای مثال، برخی مواد در چنین شرایطی چنان غلیظ می‌شوند که ناگهان از حالت مایع به جامد تبدیل می‌شوند. این رفتار با علم دینامیک سیالات سنتی کاملاً توجیه‌پذیر نیست. فیزیک‌پیشگانی در سیتی‌کالج نیویورک این خاصیت را مورد مطالعه قرار داده و مدلی  ساخته‌اند که جواب‌گوی بسیاری از آزمایش‌های گوناگون گذشته در این مورد است.‌

    زنجیره‌های درهم موجب غلیظ کنندگی برشی می‌شوند

شبیه‌سازی جدیدی، برگرفته از ترکیب دینامیک سیالات و دینامیک دانه‌ای، می‌تواند اطلاعات برجسته‌ای درباره قدرت غلیظ کنندگی برشی ناپیوسته - اثر شگفت انگیزی که باعث می‌شود برخی سیالات ناگهان مانند جامد رفتار کنند- فراهم کند. این مدل که توسط پژوهش ‌گرانیدر آمریکا ساخته شده، منطبق بر مشاهدات کاربردی کلیدی است، و به دانش پژوهان کمک خواهد کرد به فنون تازه‌ای بر پایۀ غلیظ کنندگی برشی دست پیدا کنند- مانند ساختن زره (ژاکت ضد گلوله) انعطاف پذیر.  مخلوط ذرات جامد بسیار ریز که در مایع پراکنده شده‌اند می‌توانند گستره‌ای از خواص را بروز دهند که فیزیک‌پژوهان نمی‌توانند به طور کامل آن را توسط دینامیک سیالات سنتی درک کنند. ویژه‌ترین خاصیت آن‌ها این است که دارای واکشسانی (ویسکوزیته) ثابتی نیستند: برخی از مخلوط‌ها زمانی که با شدت بیشتری به‌هم‌زده یا هل داده می شوند، رقیق‌تر می‌شوند، در حالی که برخی دیگر غلیظ‌تر. آلبرت اینشتین نخستین کسی بود که در 1906 تأثیر ذرات معلق را در واکشسانی ارزیابی کرد و از آن موقع تاکنون مدل‌های نظری متعددی ارائه شده‌اند. اما هیچ‌یک از این‌ها نتوانسته است غلیظ کنندگی برشی ناپیوسته(مثل جامد شدن ناگهانی مخلوط نشاسته ذرت در آب که به سادگی قابل مشاهده است( را کاملا توصیف کند.  در این پژوهش جدید، ریوهی سیتو (Ryohei Seto) و همکارانش در سیتی کالج نیویورک(City College of New York) به طبیعت اصلی یک مخلوط  دقت کردند -مخلوطی از دانه‌های جامد در محیط مایع. این مشاهده آن‌ها را بر آن داشت که گمان‌هایشان را در دینامیک سیالات و فیزیک دانه‌ای با هم ترکیب کنند. در مدل‌های دینامیک سیالات، ذرات معلق اجازه برخورد ندارند، و تمام برهم کنش‌ها با وساطت محیطِ سیال انجام می‌پذیرد. در مقابل، در فیزیک دانه‌ای، یا محیطی وجود ندارد، و یا محیط، گازی است که در برابر تماس ذرات مقاومت ناچیزی دارد. بنابراین دینامیکِ بزرگ‌مقیاسِ فیزیک دانه‌ای از برهم کنش‌های میان دانه‌ها تشکیل شده است.

زنجیره‌های نیرو

واکشسانی عمدتاً به این دلیل ایجاد می‌شود که تحت فشارهای برشی کم، در حالی که مخلوط جا به جا می‌شود، مایع می‌خواهد به سختی و با فشار خود را میان ذرات جامد جا دهد. در واقع، تماس‌های مستقیمی بین ذرات وجود دارد که واکشسانی را بیشتر می‌کند. نیروهایی که به یک ذره وارد می‌شوند گاهی مستقیماً به ذره بعدی منتقل می‌شوند؛ بدین صورت، زنجیره‌ای از ذرات ایجاد می‌شود که با هم حرکت می‌کنند. اما از آنجا که این زنجیره‌های نیرو پراکنده و کوتاه هستند، تأثیر چندانی بر رفتارِ بزرگ‌مقیاسِ مخلوط ندارند.

اما هنگامی که نیروی برشی از حدی بیشتر شود، ذرات بیشتر به سمت یکدیگر هل داده شده، تماس های مستقیم بین آن‌ها بیشتر می‌شود و این مانع از آن می‌شود که مایع با سرعت کافی بین ذرات جاری شود. این امر باعث می‌شود که زنجیره‌های بیشتری از ذرات با هم حرکت کنند و این زنجیره‌ها درازتر شوند. در نقطه خاصی، این زنجیره‌ها در یکدیگر گیر می‌کنند و به یکدیگر قفل می‌شوند و مخلوط تبدیل به جامدِ بی‌شکلی می‌شود که جاهای خالی بین ذراتِ آن را مایع پر کرده است.

در حالی که این گونه رفتارهای تراکمی در فیزیک دانه‌ای به خوبی درک شده، این مدلِ پژوهش‌گرِ نیویورکی اولین مدلی است که ابتدا از نیروهای اولیه بر روی یک ذره معلق شروع کرده و سپس عبور از حالت مایع به جامد را تشریح کرده است. سیتو می‌گوید،«ما از  فرضیه‌های اولیه‌‌ای که  فیزیک پژوهانِ دینامیک سیالات با آن آشنا هستند شروع کرده، سپس نظریه‌های تماس ذره‌ای را وارد کردیم. آنگاه مدلی را از فیزیک دانه‌ای عاریه گرفتیم تا تماس را تشریح کنیم. بنابر این کار ما بین دو جستار (فیزیک) پل زده است».

 نتایج گستره‌ای از آزمایش‌هایی که در آزمایشگاه‌های گوناگونی بدست آمده بودند، با این مدل نیز با موفقیت به دست آمد. سیتو توضیح می‌دهد که نتایجی که سابقاً به طرق مختلف تعبیر شده بودند اکنون با مدل این گروه، توجیه یگانه‌ای پیدا کرده‌اند.

هاینریک جاگِر(Heinrich Jaeger) در دانشگاه شیکاگو (University of Chicago)تحت تأثیر کار این گروه قرار گرفته است. «من نسبت به این مقاله بسیار مشتاق هستم، چرا که دو اندیشه را از دو دیدگاه مختلف ترکیب کرده است: دیدگاه دانه‌ای که از کنش‌های جامد بر جامد شروع می‌کند و سپس می پردازد به این که وقتی مایع اضافه شود، چه پیش خواهد آمد، و دیدگاه رئولوژیِ مخلوطِ معلق که از مایع شروع می‌کند و سپس می‌اندیشد به اینکه وقتی ذرات را وارد کردید، چه اتفاقی می‌افتد.»

سیتو و جاگِر هر دو اظهار می‍‌کنند که این کار، سوای جذابیت علمی، کاربردهای فنی نیز دارد. «غلیظ کنندگی برشی ناپیوسته به طور معمول در صنعت به چشم یک مشکل دیده می‌شود. اگر بخواهید این مخلوط‌های ذرات معلق غلیظ را از طریق لوله حمل کنید، و آنها ناگهان قفل کنند، این یک فاجعه بالقوه است. بنابراین بسیار مهم است بتوانیم این رفتار را به شکل مناسبی کنترل کنیم». او اضافه می‌کند که کاربردهای مطلوب دیگری نیز وجود دارند، مانند ژاکت‌های ضد ضربه انعطاف پذیر یا دیگر لباس‌های محافظ. «به هنگام تحرکِ آرام، مواد مانند مایع رفتار می‌کنند، ولی ضربه‌های ناگهانی می‌توانند غلیظ کنندگی برشی را فعال کنند، که فورا مواد را به فرم شبه جامد تبدیل می‌کند».

psi.ir

+ 173
رأی شما
- 129



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● تحصیل در کانادا
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
مرز فیزیک کوانتوم کجاست؟ (14 پاسخ)
زمین تخت گرایان (147 پاسخ)
شبیه سازی رنگ آبی آب دریا (2 پاسخ)
انفجار بزرگ (34 پاسخ)
محاسبه گشتاور مورد نیاز بلند کردن جسم (2 پاسخ)
طولِ موجِ پرتوی بازتابی از آینه ی شتابدار (سوالی نسبیتی) (95 پاسخ)
سوال درباره حرکت نسبیتی (28 پاسخ)
نیروی پنجم؟ (0 پاسخ)
کتاب ماجراجویی های فیزیکدان قرن بیستم (4 پاسخ)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (50 پاسخ)
چرا الکترون روی هسته سقوط نمیکند؟ (15 پاسخ)
درخواست معرفی منابع آموزشی جهت یادگیری برخی محاسبات (5 پاسخ)
محاسبه طول یک رول کاغذ به ضخامت و شعاع مشخص (1 پاسخ)
فاصله ی بین نقاطِ شتابدار از دیدِ ناظران لَخت (سوالی نسبیتی) (79 پاسخ)
نوسانات کوانتومی (6 پاسخ)
سوالی پیش پا افتاده در تداخل ویرانگر دو موج نور (7 پاسخ)
نظر غالب در رابطه با انبساط کیهان چیست؟ (0 پاسخ)
نظریه گرانش حرکتی و اثبات کامل آن بر اساس نظریه نسبیت عمومی (9 پاسخ)
گالری عکس آسمان (645 پاسخ)
ضرایب پتانسیل (3 پاسخ)
روش فدیف (انجام محاسبات چند جسمی) (0 پاسخ)
آیا زمان بردار است؟ (چون جهت دارد: از گذشته رو به آینده) (19 پاسخ)
نگاهی نو به زمان (33 پاسخ)
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (26 پاسخ)
توضیح چرایی انحراف جزئی سیاره عطارد از مدار خودش (3 پاسخ)
پیش بینی آینده ساختار کیهان بر اساس نظریه گرانش حرکتی (1 پاسخ)
نیروی الکتروگراویتی (3 پاسخ)
علت چرخش الکترون چیست؟ (13 پاسخ)
ساده ترین بیان برای منشاء گرانش (18 پاسخ)
پیش بینی چرخش خودکار کهکشان ها (0 پاسخ)
معرفی سه ساختار اصلی برای پایداری کهکشان ها (0 پاسخ)
توضیح کامل درباره ماهیت ماده تاریک بر اساس نظریه گرانش حرکتی (0 پاسخ)
توضیح کامل درباره ماهیت انرژی تاریک بر اساس نظریه گرانش حرکت (0 پاسخ)
کتاب فیزیک آینده (2 پاسخ)
جنس ذره برخورد کننده (5 پاسخ)
وجود قید در ترکیب (7 پاسخ)
چرخش به دور درخت با سرعت نور (18 پاسخ)
نیروی گرانش از کجا پدید می آید منشا آن چیست؟ (40 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (225 پاسخ)
علیت (16 پاسخ)
فعالیت نوری (2 پاسخ)
منظور هاوكينگ از به وجود آمدن جهان از هیچ چیست؟ (15 پاسخ)
زمان در مکانیک کوانتومی (3 پاسخ)
مدار RLC (1 پاسخ)
نور و میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
تعریف فاصله در نسبیت و سازگاری نسبیت عام با مکانیک نیوتونی (20 پاسخ)
پایان نظریۀ نسبیت اینشین به تمام جهان اعلام می شود (10 پاسخ)
کهن‌ترین مولکول کیهان در فضا کشف شد! (0 پاسخ)
پایان نسبیت اینشتین با حل دقیق معادلات خود او ( فیزیک مطلق) (29 پاسخ)
اثبات حیرت آور فیزیک مطلق بر اثر سیارات روی سینگال های زمینی (17 پاسخ)
انفجار فیزیک توسط عدم برابری بار الکتریکی الکترون و پروتون (5 پاسخ)
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (2 پاسخ)
قانون فاراده (1 پاسخ)
هسته درونی عطارد جامد است (0 پاسخ)
آیا عینک‌های فوتوکرومیک هم جزو مواد هوشمند هستند؟ (0 پاسخ)
نسبیت در سرعت زاویه ای (6 پاسخ)
حرکت ذره باردار در دو میدان (4 پاسخ)
نخستین مریخ‌لرزه ثبت شد! (0 پاسخ)
بسط تیلور (6 پاسخ)
مقالات فیزیک
بازوی رباتیک جدید را با ذهن کنترل کنید
نور آبی شما را می‌کُشد!
عمر خورشید چگونه تمام می‌شود؟
در قطب شمال مریخ چه می‌گذرد؟
کشف ویژگی جدید نور
مصرف آنتی‌بیوتیک، شما را در برابر آنفلوآنزا ضعیف می‌کند
بدون برش دی‌ان‌ای می‌توان ژنوم را تغییر داد!
خواب نامناسب چه بلایی به‌سر جمجمه می‌آورد؟
پرتوی‌های کیهانی عامل اصلی فرگشت
جاسوسی از یخچال‌های طبیعی هیمالیا
احتمال برگرداندن چه‌جور کیف‌پول گم‌شده‌ای بیشتر است؟
اسرار زندگی کروکودیل‌های باستانی فاش شد
کشف منشاء یک انفجار رادیویی
معجزه‌ی هوش‌مصنوعی در بخش پزشکی
شناسایی سلولی ضدآلرژی
چگونه یک سیاره متولد می‌شود؟
درمانی سریع برای اضافه وزن شدید
حافظه‌ی کامپیوترهای آینده را بشناسیم!
میکروب‌هایی که داروهای ما را می‌خورند
شگفتیِ انفجارهای گاما
در مرکز کهکشان راه‌شیری چه خبر است؟
حفره‌های اسرارآمیز دریای جنوبگان
گونه‌های مختلف نهنگ با هم جفتگیری می‌کنند!
نگاهی به اعماق کهکشانی از خوشه‌ی سنبله
آغاز عصر جدید زمین‌شناسی
حلقه‌های اسرارآمیز سیاره‌ی اورانوس
بگذارید بچه‌ها خاک بازی کنند!
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی سی و یک
کشف کرمی که سنگ‌ می‌خورد!
دلیلی برای خشکی سرخرگ‌ها
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
تاثیر مخرب کم‌خوابی بر بدن (0+)
سیبری سکونت‌گاهی خوش آب‌وهوا خواهد شد (0+)
آشکارسازی مرز پلاسمای کیهانی (0+)
ابتدا سیاه‌چاله‌ها بوده‌اند یا کهکشان‌ها؟ (0+)
گوشتخوارترین گیاه جهان (0+)
چرا بچه‌ی انسان دیرتر از بچه‌ی پستانداران دیگر رشد می‌کند؟ (0+)
عمر حلقه‌های زحل چقدر است؟ (0+)
ویرایش دی‌ان‌ای در فضا (0+)
چربی بدن شما را افسرده می‌کند (0+)
کشف دو سیاره‌ی زمین‌مانند در نزدیکی منظومه‌ی شمسی (0+)
چرا سگ‌ها بیشتر کودکان را گاز می‌گیرند؟ (0+)
مرسدس، قوانین فیزیک را دگرگون کرد! (0+)
پرچم هند در ماه بالا می‌رود (0+)
داروی فشار خون، آلزایمر را هم درمان می‌کند (0+)
رابطه با انسان باعث تکامل سگ‌ها شده است! (0+)
ادامه ...