Kajian baharu menyelesaikan misteri bagaimana titisan cecair lembut menghakis permukaan keras

Satu kajian baru yang diketuai oleh penyelidik Universiti Minnesota Twin Cities menunjukkan mengapa titisan cecair mempunyai keupayaan untuk menghakis permukaan keras, satu penemuan yang boleh membantu jurutera mereka bentuk lebih banyak bahan tahan hakisan. Imej di atas menunjukkan titisan impak yang boleh dihasilkan pada permukaan berbutir, berpasir (kiri) berbanding permukaan keras, plaster (kanan). Kredit: Kumpulan Penyelidikan Cheng, Universiti Minnesota

Kajian pertama seumpamanya yang diketuai oleh penyelidik Universiti Minnesota Twin Cities mendedahkan mengapa titisan cecair mempunyai keupayaan untuk menghakis permukaan keras. Penemuan itu boleh membantu jurutera mereka bentuk bahan yang lebih baik dan lebih tahan hakisan.

Menggunakan teknik yang baru dibangunkan, para penyelidik dapat mengukur kuantiti tersembunyi seperti tegasan ricih dan tekanan yang dihasilkan oleh kesan titisan cecair pada permukaan, fenomena yang hanya pernah dikaji secara visual.

Makalah itu diterbitkan dalam Komunikasi Alam Semula Jadi.

Penyelidik telah mengkaji kesan daripada titisan-titisan selama bertahun-tahun, daripada cara titisan hujan melanda bumi hinggalah kepada penularan patogen seperti COVID-19 dalam aerosol. ia adalah pengetahuan am bahawa titisan air yang menitis perlahan boleh menghakis permukaan dari semasa ke semasa. Tetapi mengapa sesuatu yang kelihatan lembut dan cair boleh memberi kesan yang begitu besar pada permukaan yang keras?

“Terdapat pepatah yang serupa di kedua-dua timur dan budaya barat bahawa ‘Air yang menitis melubangi batu,'” jelas Xiang Cheng, pengarang kanan di atas kertas dan profesor bersekutu di Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Sains Bahan Universiti Minnesota. “Perkataan sebegitu berhasrat untuk mengajar pelajaran moral: ‘Bersabarlah. Walaupun anda lemah, apabila anda terus melakukan sesuatu secara berterusan, anda akan memberi kesan.’ Tetapi, apabila anda mempunyai sesuatu yang sangat lembut seperti titisan mengenai sesuatu yang sangat keras seperti batu, anda pasti tertanya-tanya, ‘Mengapa kesan titisan menyebabkan sebarang kerosakan sama sekali?’ Soalan itulah yang mendorong penyelidikan kami.”






Tonton video yang menunjukkan dalam gerakan perlahan bagaimana titisan air memberi kesan kepada permukaan berpasir. Kredit: Universiti Minnesota

Pada masa lalu, kesan titisan hanya dianalisis secara visual menggunakan kamera berkelajuan tinggi. Teknik baharu penyelidik Universiti Minnesota, yang dipanggil mikroskop tekanan berkelajuan tinggi, menyediakan cara yang lebih kuantitatif untuk mengkaji fenomena ini dengan mengukur secara langsung daya, tekanan dan tekanan di bawah titisan cecair apabila ia mengenai permukaan.

Para penyelidik mendapati bahawa daya yang dikenakan oleh titisan sebenarnya merebak dengan titisan yang memberi kesan-bukannya tertumpu di tengah titisan-dan kelajuan di mana titisan merebak melebihi kelajuan bunyi pada masa yang singkat, mewujudkan kejutan gelombang melintasi permukaan. Setiap titisan berkelakuan seperti bom kecil, melepaskan tenaga impaknya secara meletup dan memberikannya daya yang diperlukan untuk menghakis permukaan dari semasa ke semasa.

Selain membuka cara baharu untuk mengkaji kesan titisan, penyelidikan ini boleh membantu jurutera mereka bentuk lebih banyak permukaan kalis hakisan untuk aplikasi yang mesti mengharungi elemen luar. Cheng dan makmalnya di Universiti Minnesota Twin Cities telah merancang untuk mengembangkan penyelidikan ini untuk mengkaji bagaimana tekstur dan bahan yang berbeza mengubah jumlah daya yang dicipta oleh titisan cecair.

“Sebagai contoh, kami mengecat permukaan bangunan atau bilah turbin angin melapisi untuk melindungi permukaan,” kata Cheng. “Tetapi dari masa ke masa, titisan hujan masih boleh menyebabkan kerosakan melalui impak. Jadi, kajian kami selepas kertas ini adalah untuk melihat sama ada kami boleh mengurangkan jumlah tegasan ricih titisan, yang membolehkan kami mereka bentuk permukaan khas yang boleh mengurangkan tekanan.”

Selain Cheng, the penyelidikan pasukan termasuk Universiti Minnesota kejuruteraan kimia Ph.D. pelajar Ting-Pi Sun, Universiti Santiago, Chile Penolong Profesor Leonardo Gordillo dan pelajar sarjana muda Franco Álvarez-Novoa dan Klebbert Andrade, dan Universiti O’Higgins, Chile Penolong Profesor Pablo Gutiérrez.


Pengaliran haba adalah penting untuk dinamik titisan


Maklumat lanjut:
Pengagihan tekanan dan gelombang kejutan permukaan kesan jatuh, Komunikasi Alam Semula Jadi (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29345-x

Disediakan oleh
Universiti Minnesota


Petikan: Kajian baharu menyelesaikan misteri bagaimana titisan cecair lembut menghakis permukaan keras (2022, 31 Mac) yang diperoleh pada 31 Mac 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We would love to thank the author of this short article for this outstanding content

Kajian baharu menyelesaikan misteri bagaimana titisan cecair lembut menghakis permukaan keras


Find here our social media accounts as well as other pages related to it.https://paw6.info/related-pages/