Американские ученые в ходе своих экспериментов по наблюдению за пятнами кофе и других жидкостей заметили некоторую разницу при высыхании различных субстанций. Физики сделали вывод, что различное течение процесса высыхания связано с явлением движения частиц, которое ранее не принималось во внимание. Уравнение, с помощью которого можно описать высыхание и, соответственно, движение частиц во взвесях, также применимо и для описания других явлений (сгорание бумаги, рост бактерий и др.). Таким образом, исследователи получили возможность практически проверить корректность уравнения и вычислений его результатов, поскольку наблюдения за другими процессами не давали результатов.
Исследования природы появления кофейных пятен уже проводились в 1997 году. Тогда ученые описали процесс образования пятен. Дело в том, то при испарении субстанции со взвесью частиц кофе испаряющаяся жидкость стремится от центра к периферии, при этом увлекая за собой и кофе. Именно по этому на поверхности, где был пролит кофе, после высыхания наблюдаются круглые пятна.
Однако, ученые нашли способ воздействовать на природу высыхания. Для этого в жидкостную взвесь были добавлены эллипсоидальные частицы, которые в отличие от сферических кофейных частиц могут держаться вместе, поскольку взаимодействуют с жидкостью ближе к краю капли. В результате «модернизированная» капля увеличивается в радиусе, и во время высыхания внутренняя часть кольца перемещается от периферии ближе к центру. Такое движение кольца решили описать физики из Массачусетского технологического университета, применив математическое уравнение.
Уравнение, о котором идет речь, имеет наименование уравнения Кардана-Парии-Жана и показывает, что движение кольца в определенный момент времени может зависеть от таких факторов, как локальность кривизны и случайность. Отметим, что упомянутое уравнение также применимо и для описания других физических явлений — движение пламени по бумаге во время горения, перемещение границ беспорядка и порядка в жидкокристаллических веществах, расширение колоний бактерий и т. п.
Уравнение Кардана-Парии-Жана дает возможность прогнозировать поведение перемещающейся субстанции. Проблема заключалась в том, что ранее не представлялось возможным проанализировать прогнозы, поскольку существовали определенные трудности с управлением перестраиваемой системой. Однако, недавно физики все же сумели проверить уравнение и доказали возможность прогнозирования, применив в экспериментах кофейную взвесь со сферическими частицами.
Чтобы доказать справедливость своих домыслов, американские ученые воспользовались ранее предложенной методикой наблюдения за высыхающими каплями жидкостей. Дополнительно исследователи предложили иные алгоритмы подсчета частиц, чтобы сравнить результат с результатом вычисления уравнения Кардана-Парии-Жана. Вычисления по предложенным алгоритмам полностью совпали с результатом решения уравнения.
Комментарии: (0)