Експеримент, случайно спасен след катастрофата на совалката в Колумбия днес, дава възможност на учените да разберат основно, макар и малко известно свойство на течностите.

разбита

25 април 2008 г .: Нека направим малък научен експеримент. Ако имате консерва с бита сметана (в Испания е известна като "бита сметана") в хладилника, продължете и я извадете. Изсипете обилна порция от крема в лъжица и внимателно наблюдавайте.

(Докато размишлявате върху въпроса, поставете лъжицата в устата си, в името на науката.)

Разбитата сметана се променя бързо поради феномен, наречен „изтъняване на срязване“. Когато част от пяната е принудена да се плъзга или „разрязва“ през останалата част от пяната, пяната „изтънява“ (става по-малко вискозна). Прилича по-малко на мед и по-скоро на вода, което му позволява да тече по-лесно, докато изтъняването спре.

Разреждането на срязване се случва в много вещества; напр. кетчуп, кръв, моторно масло, бои, течни полимери (като разтопена пластмаса) и често знанието как да се използва вещество е от решаващо значение. Например, прекомерното изтъняване на срязване в двигателното масло е нежелателно, тъй като намалява способността на маслото да предпазва машината от износване. Вместо това изтъняването на срязването в боята позволява плавно да тече от четката, но все пак да се придържа към стената. Този ефект е и това, което позволява кетчуповият сос да тече от бутилката, но не да капе или да се изплъзва от чипса.

„Подробностите зависят от взаимодействията в течността на молекулярно ниво и тези взаимодействия могат да бъдат доста сложни“, казва физикът на течностите Робърт Берг от Националния институт за стандарти и технологии. „Фундаменталните теории не са проверени пряко дори за най-простите флуиди“.

До сега. Първото истинско потвърждение на теория за това как феноменът на срязващото изтъняване действа в обикновена течност е получено чрез експеримент, проведен на борда на последния полет на космическата совалка Колумбия.

„Ние показваме, че една от най-важните теории е в основата си вярна“, казва Грег Цимерли, учен по проекта за експеримента в изследователския център на Глен на НАСА. „Това е важна стъпка“, добавя Берг, който е главният изследовател на експеримента.

Повечето данни, получени от експеримента, наречен критичен вискозитет на ксенон-2 или CVX-2, са изпратени на учените на Земята преди разрушаването на совалката по време на повторното й влизане в атмосферата. Забележително е, че твърдият диск на експеримента оцеля след бедствието и беше намерен сред онова, което беше останало от кораба, така че техниците успяха да възстановят останалите данни.

Горе: Малката част от "окото на прозореца" с размер на палец, окачена между електродите, е греблото, с което беше отстранена ксеноновата проба от експеримента CVX-2.

Експериментът CVX-2 е предназначен за изследване на изтъняване на срязване в ксенон, вещество, използвано в лампи и йонни ракетни турбини. Ксенонът е химически инертен, така че неговите молекули са изградени от един атом (това е най-близкото до модела на плаваща билярдна топка на идеализиран газ или течност). За разлика от разбитата сметана, която се състои от дълги, сложни органични молекули, ксенонът ще бъде относително по-лесен за разбиране.

„За теоретиците това е по-проста течност за разбиране“, казва Цимерли.

Обикновено някои прости течности като ксенон не изпитват срязване. Те са дебели или тънки и остават в това състояние. Но това се променя, ако се приближите до тяхната „критична точка“: специална комбинация от температура и налягане, при която течностите могат да съществуват едновременно в течно и газообразно състояние. В критичната си точка обикновените течности могат да „изтъняват при нарязване“, точно както битата сметана.

Надолу: Фазовата диаграма за ксенона илюстрира концепцията за критичната точка: най-високата температура и налягане, при които ксенонът може да съществува едновременно като течност и газ.

Експериментът CVX-2 трябваше да се направи в космоса: флуидите с критична точка лесно се компресират. На Земята те се срутват под собственото си тегло и стават по-плътни на дъното на контейнерите. За разлика от това, при орбиталното свободно падане тези разлики изчезват, което е ключово изискване за добър експеримент.

За да се тества за изтъняване на срязване, по време на експеримента CVX-2 температурата и налягането се регулираха в малък цилиндър, докато ксенонът се доведе до критичната си точка, и течността след това се отстрани внимателно с никелова мрежа. Чрез измерване на устойчивостта на течността към движение на гребло, експериментът успя да определи вискозитета на ксенона. След това се търсеха промени в вискозитета, тъй като скоростта на греблото и температурата на течността бавно се променяха.

Резултатите се съгласуват точно с прогнозите на теорията за динамично свързване на режима. „Това фундаментално разбиране може да ни помогне да развием по-добри теории за изтъняване на срязването в течности, по-сложни от ксенона“, казва Цимерли.

Това би било много добра новина за, например, инженери, които искат да създадат високоефективни автомобилни масла или производители, които искат да произвеждат течни пластмаси със съответните свойства на изтъняване при срязване за дадена форма. Ограничението е въображението.

Въпреки че знанието дали би било възможно да се подобри разбитата сметана е все пак абсолютно противоречива тема.