Парадокс чайного листа
В гидродинамике парадокс чайного листа — это явление , при котором чайные листья в чашке чая мигрируют к центру и дну чашки после перемешивания , а не прижимаются к краям чашки, как можно было бы ожидать в спиральной центрифуге. .
Правильное физическое объяснение парадокса было впервые дано Джеймсом Томсоном в 1857 году. Он правильно связал появление вторичного течения (как земной атмосферы, так и чайной чашки) с ″ трением о дно″. [2] Образование вторичных течений в кольцевом канале теоретически рассмотрел Жозеф Валентин Буссинеск еще в 1868 году. [3] Миграцию придонных частиц в излучинных течениях экспериментально исследовали А.Я. Милович в 1913 году. [1] Решение впервые пришло от Альберта Эйнштейна в статье 1926 года, в которой он объяснил эрозию берегов рек и отверг закон Бэра . [4] [5]
Объяснение [ править ]
Перемешивание заставляет воду вращаться в чашке, вызывая центробежную силу наружу. Однако вблизи дна вода замедляется из-за трения. Таким образом, центробежная сила слабее внизу, чем выше вверх, что приводит к вторичному круговому (спиральному) потоку, который идет наружу вверху, вниз по внешнему краю, внутрь вдоль дна, приводя листья к центру, а затем вверх. снова. [5]
Приложения [ править ]
Это явление было использовано для разработки новой техники отделения эритроцитов от плазмы крови . [6] [7] понимать системы атмосферного давления, [8] и в процессе варки пива отделять свернувшуюся осадок в водовороте. [9]
См. также [ править ]
- Закон Бэра-Бабине , также известный как закон Бэра - Теория образования рек из-за вращения Земли.
- Слой Экмана - Слой силового равновесия в жидкости.
- Вторичный поток - относительно небольшой поток, наложенный на первичный поток из-за невязких допущений.
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: а б Его результаты приведены в: Жуковский Н. Е. (1914). «О движении воды на повороте реки». Математический сборник . 29 . Перепечатано в: Собрание сочинений . Том. 4. Москва; Ленинград. 1937. стр. 193–216, 231–233 (аннотация на английском языке).
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Джеймс Томсон, О великих течениях атмосферной циркуляции (1857 г.). Сборник статей по физике и технике, Кембриджский университет, 1912 г., файл 144–148 в формате djvu.
- ^ Буссинеск Ж. (1868). «Диссертация о влиянии трения при регулярном движении жидкостей» (PDF) . Журнал чистой и прикладной математики . 2-я серия. 13 : 377–424. Архивировано из оригинала (PDF) 17 марта 2022 г.
- ^ Боукер, Кент А. (1988). «Альберт Эйнштейн и извилистые реки» . История науки о Земле . 1 (1): 45. Бибкод : 1988ESHis...7...45B . дои : 10.17704/eshi.7.1.yk72n55q84qxu5n6 . Проверено 28 декабря 2008 г.
- ^ Jump up to: а б Эйнштейн, Альберт (март 1926 г.). «Причина извилистости рек и так называемый закон Бэра». Естественные науки . 14 (11). Берлин / Гейдельберг: Springer: 223–4. Бибкод : 1926NW.....14..223E . дои : 10.1007/BF01510300 . S2CID 39899416 . Английский перевод: Причина образования меандров в руслах рек и так называемый закон Бэра , по состоянию на 12 декабря 2017 г.
- ^ Арифин, Дайан Р.; Лесли Ю. Йео; Джеймс Р. Френд (20 декабря 2006 г.). «Микрофлюидное разделение плазмы крови посредством объемных электрогидродинамических потоков» . Биомикрофлюидика . 1 (1). Американский институт физики : 014103 (CID). дои : 10.1063/1.2409629 . ПМК 2709949 . ПМИД 19693352 . Архивировано из оригинала 9 декабря 2012 года . Проверено 28 декабря 2008 г.
- «Чайные листья Эйнштейна вдохновляют на новую технику разделения крови» . Science Daily (пресс-релиз). 17 января 2007 г.
- ^ Пинкок, Стивен (17 января 2007 г.). «Чайные листья Эйнштейна вдохновляют на создание нового гаджета» . АВС онлайн . Проверено 28 декабря 2008 г.
- ^ Тандон, Амит; Маршалл, Джон (2010). «Чайные листья Эйнштейна и системы давления в атмосфере» . Учитель физики . 48 (5): 292–295. Бибкод : 2010PhTea..48..292T . дои : 10.1119/1.3393055 . hdl : 1721.1/118473 .
- ^ Бэмфорт, Чарльз В. (2003). Пиво: прикоснитесь к искусству и науке пивоварения (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 56 . ISBN 978-0-19-515479-5 .
Внешние ссылки [ править ]
- Хайфилд, Роджер (14 января 2008 г.). «Домашние эксперименты доктора Роджера» . «Дейли телеграф» . Архивировано из оригинала 9 декабря 2012 года . Проверено 28 декабря 2008 г.
- Сетхи, Рики Дж. (30 сентября 1997 г.). «Почему частицы движутся к центру чашки, а не к внешнему краю?» . Сеть MadSci . Проверено 29 декабря 2008 г.
- Букер, Джон Р. «Записки студентов. Физика жидкостей - ESS 514/414» (PDF) . Департамент наук о Земле и космосе Вашингтонского университета. гл. 5,8 р. 48 . Проверено 29 декабря 2008 г. См. также рисунок 25 в файле images.pdf.
- Стабли, Гордон Д. (31 мая 2001 г.). «Тайны инженерной механики жидкости» (PDF) . Факультет машиностроения Университета Ватерлоо. Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2009 г. Проверено 29 декабря 2008 г.
- Статья Эйнштейна 1926 года онлайн и проанализирована на BibNum (нажмите «Télécharger», чтобы перейти на английский язык) (незащищенная ссылка).
