تصاویری چشم‌گیر از حرکت سیالات

سایر مطالب - در حاشیه اجلاس سالانه شاخه دینامیک سیالات انجمن فیزیک آمریکا، نمایشگاهی از تصاویر حرکت سیالات و پدیده‌های مرتبط با آن برگزار شد. گزارش تصویری امروز خبرآنلاین به مرور برترین این تصاویر می‌پردازد.

نمایش اسلاید

دانلود عکس

/Images/News/Larg_Pic/images/position1/2009/11/7buttle.jpg تصویر بطری‌مانندی که اینجا می‌بینید، حاصل سقوط یک قطره روغن در مخزنی مملو از الکل ایزوپروپیلیک است. چگالی روغن بالاتر است و به همین دلیل به سمت پایین حرکت می‌کند. اما الکل، حلال این ماده است و در نهایت روغن را حل خواهد کرد. حرکت روغن، گرانروی آن و حل‌شدنش در الکل این تصویر را ایجاد کرده است.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/10watershoot.jpg در این «فواره مافوق صوت»، آب به اطراف پاشیده می‌شود. این فواره حاصل برخورد امواج صوتی با بسامد بالا به لایه نازکی از آب است که درست بالای منبع این امواج واقع شده است. قدرت برخورد برخی از این امواج صوتی با سطح آب آن‌قدر زیاد است که علاوه بر پاشیدن ذرات آب به اطراف، مقداری هم بخار آب تولید می‌شود. این حباب‌ها، همراه با جریان آبی که بر اثر ارتعاشات صدا به اطراف پراکنده‌شده، این چشمه آب گرم میکروسکوپی را خلق کرده‌اند.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/9array.jpg با استفاده از تنها یک پالس لیزر، این آرایه شامل 25 حباب معلق در غشای نازکی از مایع که روی سطح یک لام میکروسکوپی را پوشانده‌اند، به‌وجود آمده است. این آرایه که فضایی کمتر از 0.2 میلی‌متر را اشغال‌کرده، به دلیل فشار مایعی که توسط آن احاطه شده، تنها 6 میکروثانیه دوام می‌آورد. ابتدا حباب‌های کناری از میان می‌روند و با از بین رفتن آنها حفاظ لایه‌های میانی هم نابود شده و تمام آرایه از هم می‌پاشد.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/8kuroshio.jpg جریان آب در سطح اقیانوس‌ها، ترکیبی درهم از سیستم‌هایی به هم پیوسته است. الگوی انبر‌مانند موجود در این تصویر می‌تواند پیچیدگی ترکیب جریان آب را در سطح اقیانوس‌ها به وضوح نشان دهد که یکی از عوامل اصلی در ایجاد الگوهای آب‌وهوایی به‌حساب می‌آید. در این تصویر پیچیدگی جریان اقیانوسی کوروشیو که قوی‌ترین جریان اقیانوسی پس از گلف‌استریم است، به وسیله تحلیل داده‌های ماهواره‌ای به تصویر کشیده شده است. جریان سریع آب که در تصویر با رنگ قرمز مشخص شده، ساختار هندسی «حلقه» را تداعی می‌کند که توسط جریانی آشفته از بیرون تعقیب می‌شود.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/7buttle.jpg تصویر بطری‌مانندی که اینجا می‌بینید، حاصل سقوط یک قطره روغن در مخزنی مملو از الکل ایزوپروپیلیک است. چگالی روغن بالاتر است و به همین دلیل به سمت پایین حرکت می‌کند. اما الکل، حلال این ماده است و در نهایت روغن را حل خواهد کرد. حرکت روغن، گرانروی آن و حل‌شدنش در الکل این تصویر را ایجاد کرده است.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/6sadaf.jpg خرچنگ‌های منزوی، همیشه صدفی را ترجیح می‌دهند که در برابر جریان آب مقاومت بیشتری داشته باشد. شکل این صدف می‌تواند نقش تعیین‌کننده‌ای در این انتخاب داشته باشد، چرا که اشکال گوناگون صدف‌ها، تأثیر متفاوتی بر جریان آبی که از آنها می‌گذرد، خواهند داشت. در این تصویر از تکنیکی به نام «سرعت‌سنجی تصویری ذرات» استفاده‌شده تا تغییرات جریان آب حین عبور از پوسته صدف‌ها قابل رؤیت شود. ذرات ردیاب کوچکی در این جریان شناور شده‌اند که امکان اندازه‌گیری سرعت را فراهم می‌کنند. تحلیل این تصاویر نشان می‌دهد پوسته‌های سخت، آشفتگی کمتری در جریان تند آب ایجاد می‌کنند؛ اما هنگام عبور از جریان‌های آرام، استفاده از پوسته نرم به مراتب بهتر است.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/5viscosity.jpg گرانروی یک مایع به مقاومت آن در برابر روان‌شدن گفته می‌شود و می‌تواند نقش مهمی در چگونگی پاشیده‌شدن ذرات این مایع به اطراف ایفا کند. به عنوان مثال گرانروی روغن سیلیکون که از رشته‌ای از اتم‌های سیلیکون تشکیل‌شده، چیزی مانند ترکیبات آلی که از اتم‌های کربن ساخته شده‌اند، 10 برابر بیشتر از آب است. زمانی که قطره‌ای از این مایع به سطح یک شیشه خشک برخورد می‌کند، پیش از آنکه ناهمواری‌های سطح خارجی آن شکل بگیرد، پخش خواهد شد. در مقابل، سیالاتی مانند آب که گرانروی کمتری دارند، بلافاصله پس از چکیدن، کم و بیش به اطراف خواهند پاشید. این تفاوت‌ها با کاهش فشار هوا و پس از گذر از مرحله پاشیدن هر دو نوع سیال به اطراف، از میان خواهد رفت. این تصویر در فشاری معادل یک‌پنجم فشار جو گرفته‌شده و نشان می‌دهد قطرات به سادگی و کاملا یکنواخت روی سطح شیشه پخش شده‌اند.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/4mushroom.jpg قارچ عجیب‌الخلقه‌ای که در این تصویر مشاهده می‌کنید، لایه‌ای ناپایدار در مرز مشترک دو مایع با چگالی متفاوت است که از ترکیب آنها با یکدیگر ایجاد شده است. مایع چگال‌تر، هیدروفلوئورو-اتر و لایه بالایی آب است. این ساختار زمانی تشکیل‌شده که پالس کوتاهی از نور لیزر برای تبخیر آب شلیک شده و حبابی از گاز، درست بالای سطح مشترک این دو مایع ایجاد کرده است. با جمع‌شدن این حباب درون مایع و کوچک‌تر شدن آن، اجزای این حباب به سمت مایع چگال‌تر روان می‌شوند. جریانی از هیدروفلوئورو-اتر که به سمت پایین کشیده می‌شود، این تصویر را خلق‌کرده است. تاج این تصویر از هیدروفلوئورو-اتر تشکیل شده که در نهایت متلاشی خواهد شد، به سمت پایین حرکت خواهد کرد و پس از مدتی آب و این ماده شیمیایی کاملا از هم جدا خواهند شد.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/3ketchup.jpg در این تصویر، سس گوجه‌فرنگی درون لایه‌ای از ژلاتین بسته تزریق‌شده تا تصویری تجربی از نحوه تشکیل ساختاری را به نمایش بگذارد که در زمین‌شناسی «دایک» نامیده می‌شود و حاصل فوران ماگما، ماده مذاب آتشفشانی از عمق به سطح زمین است. در این آزمایش، فشار سس گوجه‌فرنگی آن‌قدر بالا می‌رود تا به شکافی در لایه ژلاتین منجر شود. پس از آن سس گوجه‌فرنگی ترک ایجاد‌شده را پر می‌کند و باز هم با فشار به ایجاد ترک‌های عمودی دیگری در این لایه ادامه می‌دهد، تا زمانی که در نهایت به سطح ژله برسد.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/2antibubble.jpg ضدحباب‌ها بر خلاف حباب‌ها، قطرات کوچکی از مایع هستند که توسط لایه نازکی از هوا احاطه‌شده و میان سیال معلق شده‌اند. آنها زمانی به وجود می‌آیند که جریانی قوی از یک مایع درون مایع دوم تزریق شود، البته خواص فیزیکی آنها هنوز به دقت مطالعه نشده ‌است. ضد‌حباب‌ها تفاوت دیگری هم با حباب‌های هوا دارند و آن‌هم این است که ضدحباب‌ها به سطح نمی‌آیند، بلکه به قعر مایع سقوط می‌کنند و ناپدپد می‌شوند. این آزمایش، جریانی گردابی را نشان می‌دهد که در مخزنی از آب‌صابون ایجاد شده و می‌تواند با کشیدن ضدحباب‌ها به سمت جریان آب آنها را از میان ببرد. بیضی‌های تیره‌ای که در تصویر می‌بینید، ضدحباب‌هایی هستند که هنوز به دام جریان گردابی نیفتاده‌اند.

/Images/News/Larg_Pic/images/2009/11/1airvortex.jpg اغلب در اطراف نوک بال هواپیماهای در حال پرواز، اشکالی شبیه به گردبادهای کوچک شکل می‌گیرند که می‌توانند حرکت هواپیما را در ارتفاع پایین و نزدیک به زمین تحت‌الشعاع قرار دهند. این تصویر که به وسیله آشکارسازهای جریان گردبادی زمان برخورد با فلپ‌های چرخشی هواپیما تحت اثر نور لیزر به نمایش درآمده، پیچیدگی جریان حاصل را به وضوح نشان می‌دهد. علاوه بر جریان گردبادی اولیه که با رنگ قرمز نشان‌داده شده، جریان دومی هم وجود دارد که با رنگ سبز به نمایش درآمده و نتیجه برخورد بخشی از جریان گردبادی اولیه با زمین است.