تعمل التجربة البرية على إقناع السوائل بأشكال مربعة وسداسية مذهلة

من خلال تعطيل التوازن الديناميكي الحراري للسوائل ، جعلها الفيزيائيون يتصرفون بشكل مختلف تمامًا عن الطريقة التي يتصرفون بها في الطبيعة – حيث تمكنوا من إقناع السوائل في مربعات مستقيمة الجوانب وسداسيات وأنماط من المشابك.

هذا ليس رائعًا في حد ذاته فحسب ، بل يمكن أن يساعدنا على فهم أفضل لكيفية تصرف السوائل في ظل ظروف مختلفة – مما له آثار على مجموعة من المجالات ، من الفيزياء إلى البحوث الطبية.

قال الفيزيائي جاكو تيمونين من جامعة آلتو في فنلندا: “الأشياء في حالة توازن تميل إلى أن تكون مملة للغاية”.

“إنه لأمر رائع أن تخرج الأنظمة من التوازن ومعرفة ما إذا كان يمكن التحكم في الهياكل غير المتوازنة أو أن تكون مفيدة. الحياة البيولوجية نفسها هي مثال جيد للسلوك المعقد حقًا في مجموعة من الجزيئات الخارجة عن التوازن الديناميكي الحراري.”

ربما ترى التوازن الديناميكي الحراري بانتظام دون أن تدرك ذلك. إنها الظاهرة التي تسمح للحليب البارد بالخلط بالتساوي خلال قهوتك الساخنة ، حيث تتساوى درجات الحرارة – وبالتالي الطاقة الحركية في الجزيئات – للسائلين.

ولكن عندما يتعطل التوازن الديناميكي الحراري ، يمكن أن تحدث أشياء مثيرة للاهتمام ، مثل الظهور التلقائي للحالات المنظمة. هذا يهم العلماء والمهندسين. يمكن أن يساعدنا ليس فقط في فهم التوازن الديناميكي الحراري نفسه ، ولكن المواد المختلفة.

صمم فريق البحث ، بقيادة عالم فيزياء آلتو جيت راجو ، تجربة لاستكشاف ذلك. لقد وضعوا سائلين ، زيوت ، بتوصيلات مختلفة وتصاريح نسبية تحت الحبس بين سطحين مستويين غير مبللين للحث على مستوى شبه ثنائي الأبعاد. ثم قاموا بتطبيق مجال كهربائي.

قال الفيزيائي نيكوس كيرياكوبولوس Nikos Kyriakopoulos من جامعة آلتو: “عندما نشغل مجالًا كهربائيًا فوق الخليط ، تتراكم الشحنة الكهربائية عند السطح البيني بين الزيوت”. “كثافة الشحنة هذه تقص الواجهة خارج التوازن الديناميكي الحراري إلى تكوينات مثيرة للاهتمام.”

في الطبيعة ، السوائل متعرجة. في حالة عدم وجود حاوية ، فإنها تشكل قطرات صغيرة ممتلئة ، مستديرة ، مرتبطة بتوترها السطحي الذي يحتوي عليها في أصغر مساحة سطح ممكنة. في تجارب الفريق ، تم حثهم على ترتيب أنفسهم في أنماط لا تحدث أبدًا في السوائل في الطبيعة.

https://www.youtube.com/watch؟v=WSjL4jgpJCI

وشملت هذه الأشكال الهندسية مستقيمة الجوانب المذكورة أعلاه ، وكذلك المشابك المترابطة. قام الفريق أيضًا بإنشاء حلقات (أشكال دائرية) لا تحدث بشكل عام في الطبيعة ، لأن السائل يميل إلى ملء الفتحة في الوسط ، وكذلك شبكات الفتيل. حتى أنهم رأوا خيوطًا تدور حول محور.

وقال راجو: “كل هذه الأشكال الغريبة سببها واستمرارها حقيقة أنها مُنعت من الانهيار مرة أخرى إلى حالة التوازن بسبب حركة الشحنات الكهربائية التي تتراكم في الواجهة”.

قال الباحثون إن القدرة على التحكم في الأشكال الناتجة عن تطبيق مجال كهربائي مضبوط بدقة لديها مجموعة واسعة من التطبيقات المثيرة للغاية.

على سبيل المثال ، يمكن استخدامه لتجميع الأشياء في مواقع محددة في هياكل أكبر ، وللتجميع الذاتي السائل. الشعيرات الدوارة لها آثار على فيزياء الجسيمات. أخيرًا وليس آخرًا ، هو الإمكانات في مجال البصريات.

كتب الباحثون في ورقتهم البحثية: “النظام ثنائي الطور الذي تمت دراسته هنا يوفر إمكانيات مثيرة كأجهزة بصرية بسبب التحكم الاستثنائي في واجهة السائل والسائل والتركيبات المرنة ذات المجال الكهربائي”.

“سيؤدي هذا على الفور إلى ناشرات ضوئية غير متوازنة يتم التحكم فيها بالجهد ذات صلة من الناحية التكنولوجية وألوانًا هيكلية تعتمد على البلورات والنظارات الضوئية من خلال التحكم في التكوين والتفاعلات والتجميع الذاتي لمختلف الهياكل الموائع الموضحة هنا.”

تم نشر البحث في تقدم العلم.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *