ฟองสบู่แตกเกิดจากอะไร? สำหรับฟองบนพื้นผิวของของเหลวที่มีความหนืด เช่น สีหรือลาวา นิ้วชี้ชี้ไปที่แรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ นักวิจัยที่นำโดยเจมส์ เบิร์ดจากมหาวิทยาลัยบอสตันในสหรัฐอเมริกา ได้หันแนวคิดนี้กลับหัวกลับหาง โดยใช้อุปกรณ์ทดสอบฟองอากาศกลับหัวเพื่อแสดงให้เห็นว่าแรงตึงผิว ไม่ใช่แรงโน้มถ่วง เป็นข้อผิดพลาด ผลลัพธ์ของพวกเขามีความหมายต่อกระบวนการ
ทางอุตสาหกรรม
เช่น การผลิตแก้วและการพ่นสี และอาจชี้ให้เห็นถึงการแตกตัวของละอองลอยในระบบทางเดินหายใจ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่มีความสำคัญเป็นพิเศษเนื่องจากการแพร่ระบาดของโควิด-19 เมื่อฟองสบู่ลอยขึ้นสู่พื้นผิวของของเหลว โดยทั่วไปแล้วจะเกิดเป็นฟิล์มรูปโดมของเหลวบางๆ ซึ่งรองรับโดยก๊าซ
ที่ติดอยู่ภายใน เมื่อฟิล์มนี้เกิดรูขึ้น แรงตึงผิวจะทำให้ฟิล์มหดเข้าไปอีก และฟองสบู่จะแตก ในของเหลวที่มีความหนืดต่ำและไหลไม่หยุด กระบวนการระเบิดจะสิ้นสุดลงภายในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที ในของไหลที่มีความหนืดข้นกว่า ใช้เวลานานกว่า แต่ฟิล์มจะยุบลงเมื่อรูเปิดแทบไม่ออก เหตุผลก็คือ
ทันทีที่รูก่อตัวขึ้น ก๊าซที่ติดอยู่สามารถหลุดออกจากฟองสบู่ได้ หากปราศจากการรองรับของก๊าซนี้ แรงบนฟิล์มของเหลวจะไม่สมดุล ทำให้ฟองสบู่ยุบตัวและเกิดรอยย่นในแนวรัศมีรอบๆ ขอบของฟองสบู่ คล้ายกับที่เกิดขึ้นในแผ่นยางยืดหรือร่มชูชีพ ใช้ประโยชน์จากการไหลที่ช้ามากจนถึงขณะนี้
นักวิทยาศาสตร์คิดว่าน้ำหนักของฟิล์มของเหลวบาง ๆ เป็นสาเหตุของการยุบตัวของฟองสบู่และการก่อตัวของรอยย่นในแนวรัศมี ซึ่งบ่งชี้ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นปัจจัยหลักที่อยู่เบื้องหลังการแตกของฟองสบู่ที่มีความหนืด เบิร์ดและเพื่อนร่วมงานเริ่มทดสอบสมมติฐานนี้ด้วยการฉีดฟองอากาศเข้าไป
ในน้ำมันซิลิโคนที่มีความหนืด แล้วถ่ายภาพการยุบตัวของฟองอากาศด้วยกล้องความเร็วสูง การทดลองครั้งแรกมีวัตถุประสงค์เพื่อจำลองการศึกษาการยุบตัวของฟองหนืดในอดีต เมื่อพวกเขาทำสำเร็จ พวกเขาทำสิ่งที่ต่างออกไป พวกเขาเปลี่ยนทิศทางของฟองสบู่เมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วง
กล่าวว่า
สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากของเหลวทดสอบมีความหนืดสูงมาก “เราใช้ประโยชน์จากการไหลที่ช้ามากนี้โดยการเตรียมฟองสบู่ให้อยู่ในตำแหน่งตั้งตรง จากนั้นพลิกมันกลับหัวอย่างรวดเร็ว เจาะอย่างรวดเร็วก่อนที่มันจะปรับรูปร่างได้อย่างมีนัยสำคัญ” เขาอธิบาย
ในการทดลองกลับหัว นักวิจัยได้เปลี่ยนความหนาของฟิล์มและความหนืดของของเหลว ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้อากาศภายในฟองไหลออกมาโดยไม่ทำให้ฟิล์มแตก ผลลัพธ์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงมีบทบาทเพียงเล็กน้อยในการล่มสลายของฟองสบู่ แต่เป็นแรงตึงผิวและความเค้นไดนามิก
ของของเหลวที่ก่อตัวเป็นฟองซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของพฤติกรรมฟองหนืด รวมถึงการก่อตัวของรอยย่นที่ไม่แน่นอน การทำงานร่วมกันที่ละเอียดอ่อนของกองกำลังการค้นพบนี้น่าตื่นเต้นมาก เบิร์ดกล่าว เพราะมันแสดงให้เห็นว่าแรงดังกล่าวยังมีบทบาทในสถานการณ์ที่อาจถูกมองข้าม
ตัวอย่างเช่น ในสเกลขนาดเล็กโดยเฉพาะและสำหรับฟองอากาศหลายทิศทาง นอกจากนี้ยังมีความสำคัญเนื่องจากช่วยแก้ไขความขัดแย้งที่มีมายาวนาน: ในขณะที่แรงตึงผิวโดยปกติจะทำให้รอยย่นเรียบขึ้น ในกรณีนี้ มันยังเป็นตัวเริ่มต้นให้เกิดริ้วรอยด้วย“มันเกิดจากการทำงานร่วมกันที่ละเอียดอ่อน
ของเส้นเลือดฝอย ความหนืด และแรงเฉื่อยที่ทำให้เกิดริ้วรอย” “อันที่จริง เราใช้เวลาหนึ่งวันในการแสดงให้เห็นว่าแรงตึงผิวมีส่วนทำให้เกิดริ้วรอย และใช้เวลากว่าทศวรรษในการอธิบายเหตุผลอย่างเพียงพอ”
ผลลัพธ์ทันเวลาเบิร์ดและเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าผลการศึกษาของพวกเขามีความหมาย
ในทุกที่ที่ฟิล์มหนืดโค้งแพร่หลาย ไม่ว่าจะเป็นเพราะของเหลวโดยรอบมีความหนืดสูง (เช่นในกรณีของฟองในแก้วหลอมเหลวหรือลาวา) หรือเพราะฟองมีขนาดเล็ก (เช่น ใน ฟองที่เกิดขึ้นบนฟิล์มเคลือบ) เนื่องจากการย่นและการพับของฟิล์มของเหลวสามารถดักจับอากาศได้ การขนส่งความร้อน
และมวล
ที่ส่วนต่อประสานของของเหลวก็จะได้รับผลกระทบเช่นกันพลวัตการดึงกลับและการยุบตัวที่นักวิจัยค้นพบจะส่งผลต่อการแตกตัวหรือละอองของฟิล์มบาง “ตัวอย่างที่ทันท่วงทีที่การศึกษาของเราสามารถนำไปใช้ได้คือกลไกที่ละอองลอยก่อตัวขึ้นในทางเดินหายใจเมื่อเราหายใจและพูด” เบิร์ดกล่าว
“เชื่อกันว่าละอองลอยเหล่านี้จะเกิดขึ้นเมื่อฟิล์มบาง ๆ โค้ง ๆ พัฒนาซ้ำ ๆ ผ่านทางเดินหายใจเล็ก ๆ ในปอดแล้วแตกออก เนื่องจากแรงตึงผิวมากกว่าแรงโน้มถ่วงมีความสำคัญต่อการยุบตัวและความไม่แน่นอนของการโก่งตัวด้วยความหนืด จึงเป็นไปได้ว่าความตึงผิวจะเกี่ยวข้องกับฟิล์มเหล่านี้ด้วย”
ทีมงานซึ่งรวมถึงนักวิจัยด้านคณิตศาสตร์ประยุกต์ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบินและอวกาศที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันได้พัฒนาแบบจำลองทางทฤษฎีเพื่ออธิบายข้อสังเกตของพวกเขา ตอนนี้พวกเขาหวังว่าจะขยายไปสู่ของเหลวที่ซับซ้อนมากขึ้น
เช่น ของไหลที่มีความหนืดซึ่งมีพฤติกรรมทั้งของเหลวและของแข็ง “ตัวอย่างเช่น ในของเหลวในทางเดินหายใจ ความยืดหยุ่นและแรงตึงผิวแบบไดนามิกมีอยู่ และสิ่งเหล่านี้อาจปรับเปลี่ยนปรากฏการณ์ในรูปแบบที่น่าสนใจและคาดไม่ถึง” หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวนักวิจัยยังตั้งใจที่จะสำรวจวิธีการ
“จากผลการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีแนวโน้ม ซึ่งแสดงให้เห็นการปรับปรุงการวัดปริมาณรังสีอย่างมีนัยสำคัญในการบำบัด AMD แบบเปียก เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ได้รับการตรวจสอบก่อนหน้านี้ เราวางแผนที่จะสร้างต้นแบบแพลตฟอร์มเอกซเรย์แบบเน้น kV ด้วยระบบการวางแผนการบำบัดแบบมอนติคาร์โล ห้อง ปฏิบัติการการแปลทางคลินิกและการวิจัยทางคลินิก”
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
