发布日期:2024-07-22 06:00 点击次数:174
本文转载自公众号“内行科学”(id:huanqiukexue)【TCD-031】射精する 女大好きトリプルニューハーフ乱交
图片源头:Saverio E. Spagnolie
撰文 | 不周
审校 | 王昱
宅家陪男儿时,Saverio E. Spagnolie曾作念过一个小小的科学履行:将葡萄干过问碳酸饮料中,它们的全身会快速裹满气泡,在水中有节拍地旋转高出,凹凸翩跹起舞。这已经由会握续数分钟,甚而长达一个小时。Spagnolie和男儿一皆盯着葡萄干起更动伏,盯了许久。男儿很快失去了兴致,Spagnolie却对此越发上面。
2017年,作家和男儿作念苏取水葡萄干履行。视频源头:@SaverioIV/X
Spagnolie是好意思国威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的数学教悔,一直以来,他都对粘性流体中的复杂能源学经由、微生物畅通、生物力学等标的很感兴致,也荒谬乐于成就新颖的数值方法来钻研这些问题。但和男儿玩耍时,他执意到,有时不需要什么高技术,每个东谈主的厨房都是一座顶尖的履行室——复杂的流体行动在这里随地可见。尽管咱们不错相识厨房里发生的千般阵势,却每每弗成准确形色或展望它们。在Spagnolie看来,葡萄干跳舞即是这么一种阵势。
这些满身气泡的“舞者”似乎不知停歇,也让Spagnolie停不下来地念念考,葡萄干为什么会在液体中进展出这么的行动?为了相识引东谈主入胜的“葡萄干+苏取水”组合,他薅来了两位学生一皆,作念了一系列履行,并在规划机中完成了数值模拟,还构建了表面模子,以形色葡萄干的畅通行动。最终,他和学生撰写了一篇接头论文,已于5月9日在线发表在《当然·通信》(Nature Communications)上。
将统共这些履行、数值模拟和表面职责整合起来,花了他很长很长的时辰。“有期间,你在厨房里闲荡,逛着逛着,就下定决心:我一定要搞明晰这个阵势背后的机制,”Spagnolie曾在酬酢平台X(原Twitter)上发推文,先容这项接头恶果,并论说了我方的心路历程。有趣心很耗时,收尾却令东谈主欣忭——这条推文赶快走红,而葡萄干跳舞的视频也在短短两天内赢得了超越50万的浏览量。
从探戈到华尔兹
当葡萄干进入苏取水时,由于密度更大,它老是先千里入底部。但苏取水(或者肆意的碳酸饮料)本色上是一种碳酸“过饱和”的液体,其中含有的气体超出了液体的容纳才调,一朝开启饮料罐,伴跟着“啪”的一声,压力着落,二氧化碳分子也会运转握续不停地逃跑到空气中。而这些气体在液体里面的逃跑方式,即是一串串高涨的气泡。也恰是这些气泡,赋予了葡萄干跳舞的能源。
葡萄干上附着的气泡越聚越多,浮力也越来越大,临了,它会被气泡拉着悬浮高涨,直到液体名义。但是,葡萄干一朝抵达液体名义,跳出水面的气泡就会坐窝碎裂。别离称的浮力会让葡萄干转起圈来,奢华更多气泡。当气泡奢华得不及以撑握葡萄干悬浮后,它会再次千里入底部。不停类似这已经由,便有了周期性凹凸更动的“跳舞”。
视频源头:@SaverioIV/X
由于流体自己的名义张力倾向于减少名义积【TCD-031】射精する 女大好きトリプルニューハーフ乱交,而气泡的产生却会增多名义积——这就导致流体压力和名义张力会奋力支配重生的气泡,尽可能地把它们挤出去。但一些不祥的名义,比如容器中的刻痕、残留在流体中的微弱管状纤维,固然还有葡萄干的名义,却不错保护这些新不悦泡免受名义张力的龙套。从某种进度上讲,葡萄干其实是曲常好的舞者。
笔据不雅察,只需要几秒钟,葡萄干皱巴巴的名义就能形成实足多的气泡,带着它高涨。要是将葡萄干放进刚开罐、气泡丰富的汽水里,它会活力四射地跳上近20分钟的“探戈”,然后才转为步调舒徐的“华尔兹”,而这已经由会握续一个小时傍边。但Spagnolie并不兴奋于这么和不祥的形色,他想知谈哪些身分影响了葡萄干的跳舞,是否不错笔据一些条款展望葡萄干的行动,比如葡萄干的抖动频率等。
旋转,高出,摆动
为了精确形色过饱和流体中物体的悬浮和能源学行动,Spagnolie通过履行和数值模拟数据,成就了一个数学模子来展望物体的飘零能源学行动。探讨到气泡是过饱和溶液中物体畅通的能源源,接头东谈主员需要笃定这些小小的“能源”随时辰的变化。
就像可乐开罐甩掉几个小时后,气泡会透顶隐藏同样,过饱和溶液中的气体浓度会随时辰不停减少。为此,接头东谈主员测量了某品牌苏取水在室温(21.6摄氏度)下甩掉两小时的平均质料失掉。在减去液体挥发引起的恒定、线性的质料失掉后,接头东谈主员得以形色过饱和溶液中随时辰变化的单元体积气体平均浓度。
测量3D打印“葡萄干”受力情况的经由,视频已10倍加快丨@SaverioIV/X
接下来,他们将一个物体固定在液体中,播色以测量其由于名义气泡助长而产生的力。接头东谈主员3D打印了一个半径为1厘米的聚乳酸(PLA)球,并将它与数字秤衔接。尔后他们将刚掀开的碳酸过饱和溶液轻轻倒入容器中,然后将球体放入液体中,每隔4分钟取出一次,再快速放回。
由此,接头东谈主员能够竣工地不雅测到,气泡在球体名义形成、助长、聚合和脱离的竣工经由,以及这些经由给球体施加的力的变化。跟着气泡在球体名义助长、聚合,它们会达到一个临界尺寸,给静止球体提供的垂直进取浮力达到极致,尔后就会脱离球体,并各自离开。经过屡次类似履行,静止球体受到的最大浮力会随时辰沉稳着落,而跟着插入时辰越来越晚,液体中气体浓度着落,也需要越来越长的时辰集合气泡。
解放移动的物体在过饱和流体中不错握续数小时摆动丨@SaverioIV/X
在固定球体履行后,终于到了“放生”步调——接头东谈主员会让球体在流体中解放移动,并通过相机拍摄纪录球体2小时内的畅通轨迹,并用图像追踪步调纪录每次球体还原垂直的位置。关于球体而言,它在碳酸过饱和溶液中当先每每会以类似“阻尼弹跳”的方式,联结屡次地围聚气-液界面,每次围聚都会根除肉体不同部分的气泡。而到了后期,它又会在容器底部永劫辰停留,惟一越来越罕有的大气泡才调让它离开一下。
历时两个多小时、60倍加快的视频,展示了跟着流体中气体越来越少,物体摆动的频率有所着落丨@SaverioIV/X
接头东谈主员发现,关于这类名义密集障翳有气泡的大型物体,其名义能否解放旋转至关宝贵。他们在一组履行中,戒指球体仅能沿着垂直轴平移或旋转,这极地面支配了球体的摆动。而要是球体不错解放旋转,又会堕入新的窘境。比如,由于球体的对称性,即使顶部的气泡碎裂,其底部的气泡也不错使其沉稳地悬浮。但一朝出现少许点旋转(比如嘈杂的流体,或隔壁其他“舞伴”变成的影响),龙套了球体的非均衡稳态,底下的气泡会让物体旋转得更快,导致更多的气泡在名义碎裂。而这些气泡越早被根除,物体就越能早早还原垂直跳舞的情状。
液体的流动、左近“舞伴”都可能触发物体的旋转。丨@SaverioIV/X
真义的是,葡萄干这种体式怪异正的小物体,反而不会像大物体同样,依赖旋转来摆动。它们会快速地傍边扭捏,握续不停地扭动,且更多受单个大气泡的助长、升力以及脱离的影响,因此更容易不雅测到垂直方进取的跳舞。
在通过履行详备不雅察了这些物体的行动后,Spagnolie还想更进一步相识一些物理参数何如影响跳舞。于是他和学生一皆成就了一个数学模子,聚首了气泡助长的速度,物体的体式、尺寸和名义不祥度,甚而还有容器的几何体式,统共气泡动作变成的流动,以及流体里面的气泡逃跑速度。
视频源头:@SaverioIV/X
借助该模子,Spagnolie得以笃定哪些身分关于物体的跳舞更宝贵。比如,他们发现,物体自己受到的流体阻力相对没那么宝贵,但它的名义积与体积的比率至关宝贵。这一模子能够很好地匡助相识过饱和流体的特质,只需要用一些更容易测量的量(比如物体的摆动频率),就能了解一些微不雅层面、难以测量的信息。
从厨房看全国
苏取水中凹凸摆动的葡萄干,看上去是曲常浅易、易于相识的阵势。但恰是这么基础的系统,为物理学家提供了一个便捷接头复杂流体中物体行动的平台。从厨房中跳出来,咱们会发现过饱和流体不仅有碳酸饮料,当然界中的岩浆亦然其中一员。
西伯利亚属鼠晃一晃可乐,然后开启它,粗略率会迎来一场可乐喷发。事实上,火山喷发亦然相似的经由:当岩浆高涨到接近地表时,会赶快减压,其里面溶化的气体会冲向火山口,形成庞杂的高压气泡,最终导致火山喷发。尽管岩浆中的颗粒物可能不会像苏取水中的葡萄干同样跳舞,但这些物资很可能会影响爆发事件何如发生。
此外,葡萄干在苏取水中的摆动,也很容易让东谈主梦猜度一些生物活性系统。比如,微生物会从周围的液体中招揽养分物资,以握续在其中游动;分子马达也会以ATP的花样招揽隔壁能量,尔后沿细胞中的高速公路输运物资。某种进度上,葡萄干亦然从复杂的流体环境中领受能量而畅通,反过来还会影响流体的环境——比如一些条款下,过饱和流体中的物体反而会延长气体的溢出。
这些高度复杂的系统仍有待探索……不外你无用急!不妨望望我方的厨房,还有哪些资本不超越十元的履行不错发论文?
阿基米德正在往来漫步,不行,我得洗个泡泡浴!
参考文件
[1]https://www.nature.com/articles/s41467-024-47672-z#Sec14
[2]https://x.com/SaverioIV/status/1701996655992529101
[3]https://theconversation.com/dancing-raisins-a-simple-kitchen-experiment-reveals-how-objects-can-extract-energy-from-their-environment-and-come-to-life-223255
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