تبلیغات
وبلاگ هیگز
Background Color
Slider

ذره ی خدا -- بوزون هیـــگز


تفاله های چای


موضوعات مرتبط : مکانیک و حرکت,

زمانی که شما شروع به هم زدن یک فنجان چای می‌کنید، به دلیل وجود نیروهای گریز از مرکز انتظار دارید که تفاله‌های چای مجبور شوند به لبه‌ی فنجان بروند. اما در واقع چیز دیگری مشاهده می‌کنید. تفاله های چای به مرکز و انتهای فنجان کشیده می‌شوند.

اولین راه‌حل در سال 1926 توسط آلبرت انیشتین در مقاله‌ای که او فرسایش لبه‌های رودخانه را توضیح داده بود ارائه شد.

توجیح پدیده:

هم زدن باعث آن می‌شود که مایع به دور فنجان بچرخد. دلیل این هم همان نیروی گریز از مرکز است، که جهت آن به سمت بیرون واقع شده است.

اما در نزدیکی‌های ته و لبه فنجان  مایع به دلیل وجود اصطکاک آرام‌تر می‌شود. آنجا نیروی مرکزگرا ضعبف‌تر است و اختلاف فشار اهمیت بیشتری برای جریان مایع پیدا می‌کند. این اتفاق را لایه مرزی و یا به طور خاص‌تر یک لایه اکمن(Ekman) می‌نامند.

به دلیل وجود نیروهای گریز از مرکز فشار در امتداد لبه ها بیشتر از میان فنجان است. اگر تمام مایع مانند یک جسم صلب بچرخد، نیروهایی که به طرف داخل (مرکز گرا) هستند، با نیرویی که به سمت بیرون است و حاصل چرخیدن است منطبق می‌شوند و هیچ جابجایی به سمت داخل و یا خارج وجود نخواهد داشت.

در یک فنجان چای، از آنجایی که چرخش در پایین فنجان آهسته‌تر است، گرادیان فشار افزایش می‌یابد و یک جریان به سمت داخل در امتداد انتهای فنجان ایجاد می‌کند. در عوض در قسمت بالایی، مایع به سمت بیرون جریان می‌یابد. این جریان ثانویه که به سمت داخل و در امتداد انتهای فنجان حرکت می‌کند، تفاله های چای را به مرکز فنجان می‌آورد. و به همبن صورت ادامه می‌یابد.

تفاله‌های چای برای اینکه به سمت قسمت بالایی فنجان بیایند، بسیار سنگین هستند. بنایراین در همان قسمت میانه فنجان می‌مانند.

همراه با جریان چرخشی اولیه، تفاله‌ها یک حرکت مارپیچی در انتهای فنجان خواهند داشت.

از این پدیده نیز در کشف روش جداسازی گلبول‌های قرمز خون از پلاسمای خون به منظور درک فشار جو استفاده شده است.

پ.ن: در مکانیک سیالات جریان ثانویه جریان نسبتا جزیی است که بر جریان اولیه قرار می گیرد، وقتی جریان اولیه با الگوهای جریانی که با تکنیک های ساده تحلیلی سیال غیر لزج قابل پیشبینی است با دقت کافی هم خوانی دارد.

برچسپ ها