Informatie

De wetenschap achter exploderende waterdruppels is eenvoudiger dan we dachten

De wetenschap achter exploderende waterdruppels is eenvoudiger dan we dachten


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Bepalen hoeveel van een elektrisch veld een waterdruppel aankan voordat hij barst, heeft wetenschappers lang gekweld.

Het concept lijkt eenvoudig, maar het vinden van een eenvoudige wiskundige formule die dit fenomeen verklaart, is tot nu toe moeilijk gebleken.

Een team van MIT-wetenschappers heeft een eenvoudige formule bedacht om de stabiliteit van een geëlektrificeerde druppel te beoordelen. Het is zo eenvoudig dat je het uit kunt werken met potlood en papier.

GERELATEERD: WETENSCHAPPERS PRODUCEREN DRUPPELS MET IRISERENDE KLEUREN ZONDER HET GEBRUIK VAN KLEURSTOFFEN

"Vóór ons resultaat moesten ingenieurs en wetenschappers computerintensieve simulaties uitvoeren om de stabiliteit van een geëlektrificeerde druppel te beoordelen", zegt hoofdauteur Justin Beroz, een afgestudeerde student aan de afdeling Werktuigbouwkunde en Natuurkunde van het MIT.

“Met onze vergelijking kan je dit gedrag direct voorspellen, met een simpele berekening van papier en potlood. Dit is een groot praktisch voordeel voor ingenieurs die werken met, of proberen te ontwerpen, elk systeem dat vloeistoffen en elektriciteit gebruikt. "

Ontdekking kan nieuwe methoden voor ruimtevaart helpen

Het team achter de ontdekking zegt dat de nieuwe formule kan leiden tot nieuwe vorderingen op verschillende gebieden, van ruimtevoortstuwing tot massaspectrometrie, afdrukken met hoge resolutie, luchtzuivering en moleculaire analyse.

Door de oppervlaktespanning vormen waterdruppels als kleine bolletjes. Deze kracht bindt watermoleculen aan het oppervlak van een druppel en trekt de moleculen naar binnen, waardoor de vorm ontstaat.

Deze perfecte vorm kan vervormd raken als deze wordt blootgesteld aan andere krachten, zoals een elektrisch veld. De oppervlaktespanning probeert de druppeltjes in vorm te houden, maar de tegengestelde kracht van het veld trekt de druppel uit vorm.

"Op een gegeven moment, als het elektrische veld sterk genoeg is, kan de druppel geen vorm vinden die de elektrische kracht in evenwicht houdt, en op dat moment wordt hij instabiel en barst hij", legt Beroz uit.

Beroz zegt dat zijn team geïnteresseerd was in het moment - net voordat de druppel barst en wanneer deze de meest vervormde vorm heeft.

Saai experiment levert resultaten op

Om dit te onderzoeken, hebben de onderzoekers een experiment opgezet waarbij ze langzaam waterdruppeltjes op een geëlektrificeerde plaat verspreidden en een supersnelle camera gebruikten om de druppels op te nemen.

"Het experiment is in het begin echt saai - je ziet de druppel langzaam van vorm veranderen, en dan ineens barst hij gewoon," zegt Beroz.

Aanvankelijk documenteerde het team zojuist een reeks druppels die de grootte van de druppel en de sterkte van het elektrische veld veranderden. Later werd elk frame van de druppel geïsoleerd om de verschuiving in de vorm van de druppel te onderzoeken terwijl deze werd vervormd door het veld. Beroz schetste de kritisch stabiele vorm van elke druppel net voordat hij barstte en berekende verschillende parameters, zoals het volume, de hoogte en de straal van de druppel.

Hij zette deze gegevens vervolgens uit en ontdekte dat ze langs een rechte lijn vielen.

"Vanuit theoretisch oogpunt was het een onverwacht eenvoudig resultaat gezien de wiskundige complexiteit van het probleem", zegt Beroz.

"Het suggereerde dat er misschien een over het hoofd geziene, maar toch eenvoudige manier is om het burst-criterium voor de druppels te berekenen."

Hou het simpel

De sleutel tot de ontdekking van de eenvoudige vergelijking was om de hoogte van de druppel te negeren en in plaats daarvan te focussen op het volume.

„De afgelopen honderd jaar was het congres om hoogte te kiezen”, zegt Beroz.

“Maar als een druppel vervormt, verandert zijn hoogte, en daarom is de wiskundige complexiteit van het probleem inherent aan de hoogte. Aan de andere kant blijft het volume van een druppel constant, ongeacht hoe het vervormt in het elektrische veld. "


Bekijk de video: Miops Splash Water Drop Kit - Quick Setup Video (Juli- 2022).


Opmerkingen:

  1. Efrayim

    Geweldig! Bedankt!!!

  2. Tory

    Ongeëvenaard thema, ik ben benieuwd :)

  3. Pell

    Makkelijker gezegd dan gedaan.

  4. Mikalrajas

    Het feit dat je niet meer terugkomt. Wat gedaan is, is gedaan.

  5. Aelfric

    Absoluut met u eens. Idee uitstekend, ik steun.



Schrijf een bericht