Titisan goyah di angkasa mengesahkan teori profesor lewat

Titisan dipacu pada 1.6 Hz berayun dalam [2,0] mod pada substrat F7 mempamerkan talian sesentuh yang bergerak bebas. Kredit: J. McCraney et al, Surat Kajian Fizikal (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.084501

Pada masa ahli astronomi di seluruh dunia menikmati pemandangan baharu kosmos yang jauh, satu eksperimen di Stesen Angkasa Antarabangsa telah memberikan para penyelidik Cornell wawasan baru tentang sesuatu yang lebih dekat dengan rumah: air.

Secara khusus, persekitaran mikrograviti stesen angkasa menerangi cara itu titisan air berayun dan merebak permukaan pepejal—pengetahuan yang boleh mempunyai aplikasi yang sangat bumi dalam pencetakan 3D, penyejukan semburan dan operasi pembuatan dan salutan.

Kertas kerja pasukan penyelidik, “Ayunan Titisan dengan Talian Hubungan Mudah Alih di Stesen Angkasa Antarabangsa: Penjelasan Penyebaran Titisan Inersia Terestrial,” diterbitkan 16 Ogos dalam Surat Semakan Fizikal. Penulis utama ialah Joshua McCraney, Ph.D.

Percubaan dan penemuannya, walaupun berjaya, juga pahit. Pengarang bersama kanan kertas itu Paul Steen, Profesor Maxwell M. Upson di Sekolah Kejuruteraan Kimia dan Biomolekul Smith di Kolej Kejuruteraan, meninggal dunia pada September 2020, sejurus sebelum eksperimen dijalankan.

“Adalah menyedihkan bahawa Paul tidak dapat melihat eksperimen dilancarkan ke angkasa, ” kata pengarang kanan bersama Susan Daniel, Profesor Fred H. Rhodes di Sekolah Kejuruteraan Kimia dan Biomolekul Smith, dan kolaborator lama Steen. “Kami berharap bahawa kami melakukan yang betul olehnya pada akhirnya, dan kertas yang kami hasilkan daripada kerja itu akan membuatnya bangga.”

Daniel mula bekerjasama dengan Steen sejurus selepas dia mula-mula datang ke Cornell sebagai penolong profesor pada tahun 2007. Walaupun penyelidikan semasanya tertumpu pada antara muka biologi coronavirus, kerja siswazahnya adalah dalam antara muka kimia dan mekanik bendalir—bidang di mana Steen memajukan beberapa ramalan teori berdasarkan cara titisan bergema apabila tertakluk kepada getaran. Kedua-dua penyelidik itu serta-merta berhubung.

“Dia tahu teori dan membuat ramalan, dan saya tahu cara melaksanakan eksperimen untuk mengujinya,” kata Daniel. “Pada asasnya, sejak saya tiba di sini pada 2007 sehingga dia meninggal dunia, kami berusaha untuk cuba memahami bagaimana cecair dan permukaan berinteraksi antara satu sama lain, dan bagaimana talian hubungan di antara muka antara mereka berkelakuan dalam keadaan yang berbeza.”

Kerjasama mereka menghasilkan “album foto” daripada berpuluh-puluh bentuk yang mungkin yang boleh diambil oleh titisan air yang berayun. Steen kemudiannya mengembangkan projek itu dengan mengkatalogkan keadaan tenaga titisan seperti yang dibuktikan oleh bentuk resonans tersebut, menyusunnya ke dalam klasifikasi “jadual berkala”.

Pada 2016, Steen dan Daniel menerima geran empat tahun daripada Yayasan Sains Kebangsaan (NSF) dan Pusat Kemajuan Sains dalam Angkasa NASA untuk menjalankan dinamik bendalir penyelidikan di atas Stesen Angkasa Antarabangsa US National Laboratory.

Angkasa lepas ialah tempat yang ideal untuk mengkaji tingkah laku bendalir kerana pengurangan graviti secara radikal, yang pada ISS adalah kira-kira satu-juta paras daratannya. Ini bermakna interaksi permukaan bendalir yang berskala kecil dan pantas di Bumi sehingga tidak dapat dilihat secara praktikal boleh, di angkasa, hampir 10 kali lebih besar—dari mikron hingga sentimeter—dan tempohnya menjadi perlahan hampir 30 kali ganda.

“Lebih sukar untuk mengkaji gerakan jatuh ini, secara eksperimen dan asas, apabila anda mempunyai graviti di jalan anda, ” kata Daniel.

Steen dan Daniel memilih beberapa bentuk resonans daripada album foto mereka yang ingin mereka terokai secara terperinci, dengan tumpuan pada cara talian sentuhan titisan air—atau tepi luar—meluncur ke sana ke mari merentasi permukaan, memacu cara cecair merebak. , fenomena yang boleh dikawal oleh frekuensi getaran yang berbeza-beza.

Pasukan itu menyediakan arahan yang teliti untuk diikuti oleh angkasawan, memampatkan perancangan empat tahun menjadi percubaan beberapa minit di mana setiap saat dikoreografikan dengan ketat.

Dengan para penyelidik memantau dan memberikan maklum balas dalam masa nyata di atas tanah, angkasawan mendepositkan 10 mL titisan air melalui picagari ke sembilan permukaan hidrofobik yang berbeza dengan tahap kekasaran yang berbeza-beza. Mereka juga memaksa pasangan titisan untuk bergabung bersama, dan meletakkan titisan pada pengayun dan menala getarannya untuk mencapai bentuk resonans yang disasarkan. Pergerakan bergoyang-goyang dan bergoyang-goyang titisan air telah dirakam, dan para penyelidik menghabiskan tahun berikutnya menganalisis data.

Analisis itu akhirnya mengesahkan teori Steen tentang cara ketumpatan cecair dan ketegangan permukaan mengawal mobiliti talian sesentuh, mengatasi kekasaran permukaan.

Daniel memuji pengarang bersama Joshua Bostwick, Ph.D., bekas pelajar Steen dan kini profesor bersekutu Stanzione Collaboration di Clemson University, dengan memastikan bahawa hasil percubaan itu sepadan dengan ramalan teori Steen.

“Josh dapat meneruskan sisi teori kerja ini semasa ketiadaan Paul, yang bukan sesuatu yang saya bersedia untuk melangkah dan lakukan. Ia sangat menggembirakan untuk dia menyertai semula pasukan dan membantu kami memastikan bahawa kami dapat melakukannya. mengekstrak semua yang kami boleh daripada data yang kami kumpulkan,” kata Daniel. “Sekarang kita pada asasnya boleh menggunakan teori yang dicipta oleh Paul untuk membuat ramalan, contohnya, dalam proses di mana anda menyembur titisan pada permukaan, atau dalam percetakan 3D, atau di mana cecair merebak ke permukaan dengan sangat cepat.”

Vanessa Kern, Ph.D. juga merupakan pengarang bersama kertas kerja itu.


Jadual titisan berkala baharu boleh membantu menyelesaikan jenayah


Maklumat lanjut:
J. McCraney et al, Ayunan Titisan dengan Talian Hubungan Mudah Alih di Stesen Angkasa Antarabangsa: Penjelasan Penyebaran Titisan Inersia Terestrial, Surat Semakan Fizikal (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.084501

Disediakan oleh
Universiti Cornell


Petikan: Titisan goyah di angkasa mengesahkan teori profesor lewat (2022, 16 Ogos) diambil 17 Ogos 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 wish to thank the author of this article for this incredible content

Titisan goyah di angkasa mengesahkan teori profesor lewat


Discover our social media profiles as well as other related pageshttps://paw6.info/related-pages/