جنرال لواء

علماء الفيزياء يكسرون سر عدم السحب في الماء


إنه مفهوم الفيزياء الذي يبطئ السباحين ، ويجبر الأسماك على التطور لمحاربتها ، ويطيل وقت السفر للعديد من السفن. يتخلص السباحون المتنافسون من شعر الجسم المكشوف فقط لتقليله - اسحب. يؤدي السحب إلى إبطاء كل شيء في الماء ، وتقليل السحب على الكائن فقط من 3 إلى 5 بالمائة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على كفاءة الكائن.

ومع ذلك ، طور فريق بحثي طريقة لتقليل السحب 1000 بالمائة. تألفت المجموعة من باحثين من جميع أنحاء العالم بما في ذلك جامعة ميلبورن ، وجامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا بالمملكة العربية السعودية ، ومعهد الحوسبة عالية الأداء في سنغافورة.

لمثل هذا الاختراق ، ظل إعداد الفريق بسيطًا بشكل مخادع. أسقطوا كرة معدنية بعرض 2 سم فقط في بركة. شكلت الكرة فقاعة غاز حول نفسها ، ثم تغرق الكرة / الفقاعة معًا. وفقًا للبحث ، تتعرض الكرة لسحب أقل 10 مرات من الجسم الصلب الذي له نفس الشكل بالضبط.

استغرق الباحثون سنوات لفهم الفيزياء والمواصفات الكامنة وراء النظرية. يعمل ديريك تشان كعالم رياضيات في جامعة ملبورن. كان أيضًا قائدًا للدراسة.

وقال "هناك طريقتان يمكننا من خلالهما إنشاء طبقات الغاز هذه". "الأول هو تسخين كرة معدنية إلى درجة حرارة عالية جدًا ، والثاني هو استخدام سطح شديد المقاومة للماء [يكره الماء بشكل لا يصدق]."

استخدموا لأول مرة نظرية التسخين الفائق:

قال تشان: "في البداية ، قمنا بتسخين الكرة إلى 400 درجة مئوية ، وقمنا بتسخين الماء إلى 95 درجة مئوية - أقل بقليل من نقطة الغليان". "عندما تصطدم الكرة بالماء ، فإنها تغلي كمية صغيرة من الماء حولها على الفور ، مكونة طبقة من بخار الماء. وعند الجمع الصحيح بين درجة حرارة الكرة والماء ، تصبح هذه الطبقة مستقرة ، وبالتالي يتم تغليف الكرة تمامًا بالغاز. نحن نسميها دولة ليدنفروست ".

للحصول على صورة مرئية أفضل عن حالة Leidenfrost ، تحقق من هذا الفيديو من YouTuber Misk8k أدناه:

ثم اختبر الفريق النظرية الثانية للأسطح المحبة للماء. بالنسبة لأولئك الذين يحتاجون إلى تمثيل مرئي للأسطح التي تكره الماء ، فكر في كيفية تنفيس قطرات الماء وتنطلق من مقبس Goretex أو وعاء طهي عالي الجودة غير لاصق. وأشار تشان إلى أن فائدة استخدام الأسطح المحبة للماء هو أنها توفر الطاقة من خلال عدم الاضطرار إلى تسخين المياه ؛ يعمل في درجة حرارة الغرفة.

ساعد البروفيسور سيجدور ثورودسن في قيادة جزء من فريق جامعة الملك عبد الله مع البروفيسور إيان فاكارلسكي. قال Thoroddsen إن المشروع بأكمله يتوقف على تدفق الماء أو الهواء عند الطبقة الحدودية.

وقال: "في تجاربنا السابقة ، حصلنا على طبقات غاز مستقرة حول هذه الكرات ، لكنها كانت أقل من 1 ملم". "ساعد هذا في تقليل المقاومة بنسبة 10 أو 20 بالمائة ، لكن هذا لم يكن كافيًا ، لذلك بدأنا في التفكير في طرق لإنشاء فقاعة أكبر حول هذه الكرات."

لذلك بدأ الفريق في إسقاط الكرات المعدنية من ارتفاعات مختلفة للعثور على "البقعة الحلوة". اكتشفوا أنه عند نطاق الارتفاع الصحيح ، تشكلت فقاعة غاز كبيرة حول الكرة واستمرت تلك الفقاعة أثناء غرقها.

يعمل Evert Klaseboar في معهد الحوسبة عالية الأداء وأشار إلى أن المشروع بأكمله يصنع مفهومًا نظريًا طويل الأمد ويجعله حقيقيًا.

قال كلاسيبور: "هناك نظرية معروفة في هذا المجال ، وهي أن قوة السحب على جسم مثالي ، مع سطح حر الانزلاق ، ستنخفض إلى الصفر". قارن Klaseboer الغرض من الدمامل على كرة الجولف بمحاولة تحقيق حالة السحب الصفري. "هذه هي مفارقة دالمبرت المعروفة ونتيجتها هي تحقيق القرن الحادي والعشرين للنتيجة النظرية للقرن الثامن عشر. في دراسة ديناميكيات السوائل ، استخدمنا دائمًا مجالًا افتراضيًا لأننا لم نتمكن من لإنشاء كائن بسطح غير قابل للانزلاق - حتى الآن ".

"من المستحيل التنبؤ بحركة الكرات ، مثل كرة الجولف المذكورة أعلاه ، باستخدام صيغة رياضية بسبب الحركة الفوضوية للاضطراب ، لكن الكرة في التجويف ليس بها اضطراب ويمكن وصفها بمعادلات بسيطة للغاية. يمكن أن يصبح مثالا كتابيا لبعض النظريات الهيدروديناميكية الأساسية. "

قال تشانغ إنه يأمل أنه في حين أن التكنولوجيا يمكن أن تحافظ 10 إلى 20 بالمائة تقليل السحب ، يريد الفريق التحقيق بشكل أعمق.

وقال: "... توضح تجربتنا أنه بالنسبة لأفضل سيناريو ، من الممكن تخفيض الحجم". "هذا الآن يحدد الهدف للبحث المستقبلي في هذا المجال."

يمكنك العثور على الدراسة بأكملها في المجلة تقدم العلم.


شاهد الفيديو: مترجم: طريقة بسيطة لاثبات وجود الله.. (سبتمبر 2021).