مشاوره رایگان تحصیلی
منو

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

+ 176
رأی شما
- 131

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

+ 176
رأی شما
- 131



www.HUPAA.com
محک
مشاوره رایگان تحصیلی
● 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
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
آموزش زبان انگلیسی
سگال - موسسه خیریه حمایت از کودکان فلج مغزی
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
مشاوره رایگان تحصیلی
آخرین گفتگوها در انجمن
نسبیت برای نور (8 پاسخ)
ناوردایی نسبت به زمان (2 پاسخ)
فرمول کولن (3 پاسخ)
زمین تخت گرایان (186 پاسخ)
نیروی وارد بر قاعده از طرف آب (9 پاسخ)
سوال درباره پیچ جاده (2 پاسخ)
اگر چرخش زمین و ماه در یک جهت نبود چی می شد ؟ (0 پاسخ)
سوال از تبدیل ماده به انرژی (28 پاسخ)
معادله حرکت بر روی سطح شیبدار با شتاب ثابت (11 پاسخ)
چه شد که بیگ بنگ رخ داد؟ (16 پاسخ)
با باقیمانده بافت مغز پس از جراحی چه می‌توان کرد؟ (0 پاسخ)
انرژی به ماده (1 پاسخ)
زبان اعداد و طیف ارتعاشی آنان در زندگی (3 پاسخ)
اصل طرد پاولی (2 پاسخ)
نمودار سه بعدی تبدیل جرم به انرژی (0 پاسخ)
چرا الکترون روی هسته سقوط نمیکند؟ (17 پاسخ)
سوالی در باب مسئله درهم تنیدگی کوانتومی (13 پاسخ)
معرفی مجله (0 پاسخ)
درهم تنیدگی برای ذراتِ تابش هاوکینگ (0 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (229 پاسخ)
تحولات کره در فضای ثابت و منبسط شونده (3 پاسخ)
پارادوکسی جدید در همزمانی (28 پاسخ)
سیاهچاله (4 پاسخ)
میدان هیگز (0 پاسخ)
بهترین نرم افزار محاسبات فیزیک (1 پاسخ)
تناقض در دو جنبه اصل نسبیت؟ (30 پاسخ)
چگونه بدانیم قلبمان سالم است؟ (0 پاسخ)
معادلات حرکت با سرعت فراتر از نور (3 پاسخ)
بازی با احتمالات (5 پاسخ)
نسبیت به زبان ساده (150 پاسخ)
تاریخچه گشتامد دنباله دار هالی (0 پاسخ)
بعد از نظر فیزیک (3 پاسخ)
چرا پروتون، الکترون را جذب می‌کند؟ (3 پاسخ)
تعادل در هسته مرکزی زمین (2 پاسخ)
عبور از افق رویدادِ یک سیاهچاله (2 پاسخ)
آیا میدان هیگز نوسانی است؟ (0 پاسخ)
موتور بدون سوخت+Free Energy (11 پاسخ)
میدان مغناطیس زمین و تولید نیروی برق( طرحی جالب) (21 پاسخ)
آیا انرژی جرم دارد ؟ (31 پاسخ)
شعاع شوارتزشیلد و نقطه ی تکینگی (17 پاسخ)
سوال وزنه و فنر (0 پاسخ)
علت عبور نور مریی از شیشه سربی بر خلاف گاما (26 پاسخ)
سوال در مورد اصطکاک (29 پاسخ)
حدس گلادباخ (80 پاسخ)
تکنیک حل معادله (4 پاسخ)
برای سفر انسان به مریخ، چه امکاناتی لازم است و این سفر چه مد (1 پاسخ)
مختصات رئوس مربع ها چگونه بدست می آید؟ (4 پاسخ)
جلوگیری از انتشار میدان مغناطیسی (9 پاسخ)
چرا پروتون سبکتر از کوارک است؟ (4 پاسخ)
آزمایش لوله پرتو کاتدی (20 پاسخ)
سفر در زمان با خواب مصنوعی (0 پاسخ)
پارادوکس EPR (8 پاسخ)
چرا آهنربا چوب رو جذب نمیکنه ولی آهن رو جذب میکنه؟ (13 پاسخ)
آهنربای النیکو (1 پاسخ)
چطور میتونم خلاء درست کنم؟! (8 پاسخ)
تیر رعد و برق (6 پاسخ)
کرم‌چاله چیست؟ (0 پاسخ)
آیا بشقاب پرنده ها وجود دارند؟ (0 پاسخ)
چرا سیارات چشمک نمی زنند؟ (0 پاسخ)
آیا فضا منحنی است؟ (0 پاسخ)
مقالات فیزیک
چطور سر صحبت را با کسی باز کنیم؟
آیا واقعاً دانشمندان رباتی با سلول‌های زنده ساخته‌اند؟
تاثیر منفی مصرف ماریجوانا بر روی حافظه
تاثیر باورنکردنی انقلاب صنعتی بر رشته‌کوه هیمالیا
تفاوت سیاره‌های غول‌پیکر با ستاره‌های کوتوله در چیست؟
چگونه می‌توان فلز را به عایق تبدیل کرد؟
ساخت دستگاهی هوشمند برای تنظیم قند خون
چطور در خانه آب مقطر تهیه کنیم؟
گونه‌های نادر حیوانات و گیاهان نیز زاغه‌نشین می‌شوند!
چرا برخی افراد در مقابل آنفلوآنزا ضعیف‌تر هستند؟
داستان واضح‌ترین تصویر از کورونای خورشیدی
نحوه تمیز کردن کتری برقی
کروناویروس تا کجا پیش می‌رود؟
خودروی استثنایی کیا
ناسا در ماه، پرورش قارچ‌ راه می‌اندازد
چطور اگزما را در نوزادان شناسایی و درمان کنیم؟
آیا موجودات فرازمینی نامرئی وجود دارند؟
مغز چگونه تفاوت بین لذت و درد را تشخیص می‌دهد؟
تاثیر تکنولوژی‌های قدیمی، بر روی گرمایش زمین
چطور یک آکواریوم بسازیم؟
آیا هوش مصنوعی می‌تواند تحقیقات عملی انجام دهد؟
پارکر اطلاعات جدیدی از ذرات خورشیدی به زمین مخابره کرد
اثرانگشت، مصرف‌کنندگان مواد مخدر را رسوا می‌کند
چطور یک مبتکر باشیم؟
کهکشانی مارپیچی که دو هسته‌ی فعال دارد!‌
رکورد دما در جنوبگان شکسته شد
ساخت باندهای پانسمانی هوشمند
چطور لک خون را از روی فرش پاک کنیم؟
پژوهشگران در جستجوی دمای ماده‌ی تاریک هستند
آیا می‌توان عوارض پرتودرمانی را از بین برد؟
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
آمار مرگ در اثر عوارض الکل چقدر است؟ (0+)
آتشفشان‌های جوان بر روی سیاره‌ی ناهید (0+)
تاردیگراد در مقابل گرمایش جهانی ضعیف است (0+)
حرکات کششی که باید قبل و بعد از دویدن انجام داد (0+)
میلیاردر ژاپنی به دنبال شریکی برای سفر به ماه می‌گردد! (0+)
راز سالم ماندن مغز باستانی انسان (0+)
زمان غذا خوردن چه اهمیتی دارد؟ (0+)
چطور علائم ناشی از کشیدگی‌ پوست را درمان کنیم؟ (0+)
ساخت میکرولیزر با استفاده از فناوری نانو (0+)
حلقه‌ی هیدروژنی عجیب در اطراف یک کهکشان (0+)
کاهش بروز مرگ و میر در اثر سرطان (0+)
ورزش‌هایی که برای سلامت مغز مفید هستند (0+)
دیدنی‌هایی هیجان‌انگیز از یک کهکشان مارپیچی (0+)
حیات اولیه بر روی زمین، کجا شکل گرفته است؟ (0+)
چطور آروغ یک نوزاد را بگیریم؟ (0+)
ادامه ...