ไขปริศนา ของเหลวกระโดด โพสต์เมื่อ:
10:24 วันที่ 17 เม.ย. 2549 ชมแล้ว:
38,675  ตอบแล้ว:
6
 นักฟิสิกส์อธิบาย แชมพูพุ่งเป็นลำขึ้นมาได้อย่างไร
นักวิจัยชาวดัตช์เชื่อว่าพวกเขาสามารถเข้าใจฟิสิกส์ของพฤติกรรมการกระดอนกลับของของเหลวอันพิศวง ตั้งแต่ถูกพบครั้งแรกเมื่อ 40 ปีก่อน
วิศวกรชาวอังกฤษ Arthur Kaye สังเกตพบปรากฏการณ์ประหลาดนี้ครั้งแรกเมื่อ ปี พ.ศ. 2506 ขณะทำการทดลองอยู่กับของเหลวของสารประกอบอินทรีย์ชนิดหนึ่งที่ยังไม่เป็นที่รู้จัก เมื่อเขาเทส่วนผสมอันเหนียวหนืดนั้นลงบนพื้นผิวอันหนึ่ง ทันใดนั้น ก็มีของเหลวพุ่งออกเป็นลำ และรวมต่อเข้ากับลำของเหลวที่กำลังไหลลงมา
ปรากฏการณ์นี้มีอยู่ในหนังสือเรียน โดยแสดงถึงคุณสมบัติอันแปลกประหลาดของ complex fluid กล่าวโดย Michel Versluis แห่งมหาวิทยาลัย Twente ในเนเธอร์แลนด์ ตอนนี้ เขาและผู้ร่วมงานรายงานว่าปรากฏการณ์แบบนี้ จริง ๆ แล้ว ก็เกิดขึ้นได้ทั่วไป ทั้งในห้องน้ำ หรือห้องครัว มันอาจจะเกิดขึ้นได้กับของเหลวทุกอย่าง ตั้งแต่ซอสมะเขือเทศไปจนถึงโยเกิร์ต, สีทาบ้าน, แชมพู, และสบู่เหลว Versluis กล่าว
เหตุผลที่เราอาจจะไม่เคยสังเกตเห็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Kaye effect นี้เลย เป็นเพราะว่า โดยทั่วไปแล้ว มันเกิดขึ้นเพียงในเวลาสั้น ๆ กระบวนการทั้งหมด จากการปรากฏขึ้นของลำของเหลวที่พุ่งขึ้นมา จนกระทั่งมีการต่อเข้ากับลำของเหลวที่ไหลลงมา ใช้เวลาเพียงแค่ 300 มิลลิวินาที (milliseconds) กล่าวโดย Versluis โดยทั่วไปแล้ว มันเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นมาก ๆ จนมองด้วยตาเปล่าแทบไม่ทัน
เขาและผู้ร่วมงานได้ศึกษา Kaye effect โดยใช้กล้องวิดีโอความเร็วสูง ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถเข้าใจว่าอะไรเกิดขึ้นจริง ๆ บ้าง
(ดู video clip)
ชมภาพสบู่เหลวกระดอนเป็นลำขึ้นมาในวิดีโอที่เก็บภาพ 50 เฟรมในหนึ่งวินาที:
http://www.nature.com/news/2006/060403/multimedia/060403-10-m1.html
ชมภาพวิดีโอของลำเจ็ท ถ่ายโดยกล้องความเร็วสูง; ธารของเหลวลำหนึ่งพุ่งออกมาจากกองภูเขาของเหลว:
http://www.nature.com/news/2006/060403/multimedia/060403-10-m2.html
ชมภาพลำของเหลวกระดอนออกมาจากชั้นฟิล์มของสบู่:
http://www.nature.com/news/2006/060403/multimedia/060403-10-m3.html
บางและลื่นไหล
Versluis กล่าวถึงปรากฏการณ์ว่าควรจะเกิดขึ้นในของเหลวใด ๆ ที่แสดงพฤติกรรม shear-thinning นั่นคือ ขณะที่ของเหลวมีการไหล ความหนืดจะลดลง อันหมายถึงการที่ของเหลวจะเป็นลำที่บางลง สบู่เหลวและแชมพูถูกออกแบบให้มีคุณสมบัติเช่นนี้ กล่าวโดย Versluis นั่นคือของเหลวอย่างแชมพูนั้นจะอยู่นิ่ง ๆ ในอุ้งมือของคุณ แต่จะมีสภาวะลื่นไหล (ระหว่างชั้นของของเหลว) ขณะที่คุณถูมันเข้ากับผมของคุณ สีทาบ้านที่เข้มข้นพอก็มีลักษณะแบบนี้เหมือนกัน
เมื่อเทของเหลวหนืดลงบนพื้นผิว เริ่มแรกมันจะกองตัวเป็นภูเขา แต่ ณ เวลาหนึ่ง ธารของไหลจะลื่นไถลออกไปทางด้านข้างของกองภูเขานั้น ทำให้มีการไหลของของเหลวที่เพิ่งลงมา สัมพัทธ์กับของเหลวที่กองอยู่นิ่ง ๆ อยู่ก่อน การไหลที่เกิดขึ้นทำให้เกิดชั้นบาง ๆ ของของเหลวคั่นกลางอยู่ระหว่างของเหลวสองส่วน ชั้นบาง ๆ นี้จะแสดงคุณสมบัติ shear-thinning เป็นผลให้ประพฤติตัวดังสารหล่อลื่นอย่างหนึ่ง ป้องกันการผสมตัวกันระหว่างของเหลวสองส่วน
ถึงตอนนั้น ธารของเหลวก็อาจจะสปริงตัวพุ่งขึ้นมาได้จากรูเล็ก ๆ บนผิวของกองภูเขาของเหลวนั้น ในภาพวิดีโอของนักวิจัยกลุ่มนี้ แสดงถึงลำของเหลวที่มีลักษณะเป็นรูปตัว U แบบหนึ่งพุ่งออกมา
แต่ก่อน Kaye effect ถูกคิดว่าเป็นผลของการสะท้อนแบบหนึ่ง คล้ายการกระดอนของลูกบอลกับกำแพง และคิดกันว่าลำของเหลวที่ไหลลงมาต้องชนเข้ากับพื้นผิวที่เป็นของแข็ง เพื่อให้เกิดลำของเหลวพุ่งออกมา แต่ Versluis และผู้ร่วมงานได้พบว่า ทั้งหมดนั้นต้องการเพียงการหล่อลื่นที่ได้จากพฤติกรรม shear-thinning เท่านั้น
สะพานโค้งที่หลดหลั่นกัน
Versluis และผู้ร่วมงานของเขายังได้พบหนทางที่จะทำให้ปรากฏการณ์นี้เกิดได้นานขึ้น วิธีการก็คือ เทของเหลวบนพื้นผิวที่เอียง วิธีการนี้จะทำให้เกิดลำของเหลวที่พุ่งโค้งลงตามการลาดเอียง เป็นเหมือนสะพานโค้ง (หรือลำน้ำตก) หลาย ๆ ชั้นที่เล็กลงหลดหลั่นกันไป ลักษณะโค้งเหล่านั้นจะยังคงสภาพ ตราบเท่าที่ยังมีการเทของเหลวลงมา
มันเป็นการทดลองที่ง่ายมากการทดลองหนึ่ง คุณสามารถลองทำได้ด้วยตัวคุณเองในห้องน้ำ กล่าวโดย Versluis เขาแนะนำว่า ของเหลวควรจะถูกเทจากความสูงประมาณ 20 เซนติเมตร ด้วยลำของเหลวที่หนาราว 0.4 มิลลิเมตร มันอาจต้องใช้ความพยายามสักหน่อย แต่มันควรจะเป็นไปได้
นักวิจัยยังไม่รู้ว่าปรากฏการณ์นี้จะเอาไปประยุกต์ใช้กับอะไรได้บ้าง แต่มันน่าสนใจที่พบว่าลำแสงเลเซอร์ที่ฉายเข้าไปในธารของเหลวที่ไหลลงมา จะอยู่ในลำของเหลวไปตลอด ซึ่งรวมทั้งลำของเหลวที่กระดอนพุ่งออกมา ราวกับลำของเหลวเป็นไฟเบอร์ออปติก คุณสามารถส่งผ่านแสงได้ด้วยวิธีนี้ Versluis กล่าว
แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิง
เว็บไซต์ของนิตยสาร Nature:
http://www.nature.com/news/2006/060403/full/060403-10.html
เอกสารวิชาการ
Versluis M., et al. Preprint, http://www.arxiv.org/abs/physics/0603183 (2006).
|
จำนวน 5 ความเห็น, หน้า่ | -1- ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 17 เม.ย. 2549 (10:34)
 (credit: Michel Versluis)
ภาพนี้รวมภาพลำของเหลวที่พุ่งขึ้นมาที่เวลาต่าง ๆ เข้าด้วยกัน โดยแต่ละเวลามีสีที่ต่างกัน
|
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 17 เม.ย. 2549 (22:24) พระเจ้ายอด มันจอร์จมาก
กล้วยทอด มันทอดยาก ต้นกล้า (IP:203.113.60.75,,)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 22 เม.ย. 2549 (22:45) สวยดีเนอะ
หอมกล้วยทอดจังเยย ก้ามปู (IP:203.113.51.6,,)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 24 เม.ย. 2549 (12:52) เคยสังเกตเห็นเหมือนกันตอนเด็กเวลาเทนมข้น ก็นึกสงสัยอยู่ตั้งนาน กู้ชาติ (IP:203.113.16.241,203.113.61.69,)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 13 พ.ค. 2549 (15:59) ดีนะได้รับความรู้ที่แปลกใหม่ดี 4427 (IP:210.86.222.254,,)
|
