stringtranslate.com

Парадокс чайного листа

Чайные листья собираются в середине и на дне, а не по краю.
Синяя линия — это вторичный поток, который проталкивает чайные листья к середине дна.
Визуализация вторичного течения в модели излучины реки (А.Я.Милович, 1913, [1] течение справа налево). Придонные линии тока обозначены красителем, введенным пипеткой.

В гидродинамике парадокс чайного листа — это явление , при котором чайные листья в чашке чая перемещаются к центру и дну чашки после перемешивания , а не выталкиваются к краям чашки, как можно было бы ожидать в спиральной центрифуге .

Правильное физическое объяснение парадокса впервые дал Джеймс Томсон в 1857 году. Он правильно связал возникновение вторичного течения (как земной атмосферы, так и чайной чашки) с « трением о дно». [2] Формирование вторичных течений в кольцевом канале теоретически рассматривалось Жозефом Валентином Буссинеском еще в 1868 году. [3] Миграция придонных частиц в потоках в излучинах рек была экспериментально исследована А. Я. Миловичем в 1913 году. [1] Решение впервые было предложено Альбертом Эйнштейном в статье 1926 года, в которой он объяснил эрозию речных берегов и отверг закон Бэра . [4] [5]

Объяснение

Перемешивание заставляет воду вращаться в чашке, вызывая центробежную силу, направленную наружу. Однако вблизи дна вода замедляется трением. Таким образом, центробежная сила слабее вблизи дна, чем выше, что приводит к вторичному круговому (спиральному) потоку, который идет наружу вверху, вниз по внешнему краю, внутрь по дну, поднимая листья к центру, а затем снова вверх. [5]

Приложения

Это явление было использовано для разработки новой методики отделения эритроцитов от плазмы крови [ 6] [7], для понимания систем атмосферного давления [8] и в процессе пивоварения для отделения коагулированного осадка в водовороте. [9 ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Его результаты цитируются в: Жуковский Н. Е. (1914). «О движении воды при повороте реки». Математический сборник . 29 .Перепечатано в: Собрание сочинений. Т. 4. Москва; Ленинград. 1937. С. 193–216, 231–233 (аннотация на английском языке).{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  2. ^ Джеймс Томсон, О великих течениях атмосферной циркуляции (1857). Сборник статей по физике и технике, Кембриджский ун-т, 1912, 144-148 djvu файл
  3. ^ Буссинеск Дж. (1868). «Mémoire sur l'influence des frottements dans les mouvements réguliers de flues» (PDF) . Журнал чистой и прикладной математики . 2e Серия. 13 : 377–424. Архивировано из оригинала (PDF) 17 марта 2022 г.
  4. ^ Боукер, Кент А. (1988). "Альберт Эйнштейн и извилистые реки". История наук о Земле . 1 (1): 45. Bibcode : 1988ESHis...7...45B. doi : 10.17704/eshi.7.1.yk72n55q84qxu5n6 . Получено 28.12.2008 .
  5. ^ аб Эйнштейн, Альберт (март 1926 г.). «Die Ursache der Mäanderbildung der Flußläufe und des sogenannten Baerschen Gesetzes». Die Naturwissenschaften . 14 (11). Берлин / Гейдельберг: Springer: 223–4. Бибкод : 1926NW.....14..223E. дои : 10.1007/BF01510300. S2CID  39899416.Перевод на английский язык: Причина образования извилин на руслах рек и так называемый закон Бэра, дата обращения 12.12.2017.
  6. ^ Арифин, Дайан Р.; Лесли Й. Йео; Джеймс Р. Френд (20 декабря 2006 г.). «Микрожидкостное разделение плазмы крови с помощью объемных электрогидродинамических потоков». Биомикрофлюидика . 1 (1). Американский институт физики : 014103 (CID). doi :10.1063/1.2409629. PMC 2709949. PMID 19693352.  Архивировано из оригинала 9 декабря 2012 г. Получено 28.12.2008 . 
    • «Листья чая Эйнштейна вдохновляют на создание новой техники разделения крови». Science Daily (пресс-релиз). 17 января 2007 г.
  7. ^ Пинкок, Стивен (17 января 2007 г.). «Чайные листья Эйнштейна вдохновляют на создание нового гаджета». ABC Online . Получено 28.12.2008 .
  8. ^ Тандон, Амит; Маршалл, Джон (2010). «Чайные листья Эйнштейна и системы давления в атмосфере». The Physics Teacher . 48 (5): 292–295. Bibcode : 2010PhTea..48..292T. doi : 10.1119/1.3393055 . hdl : 1721.1/118473 .
  9. ^ Бэмфорт, Чарльз В. (2003). Пиво: прикоснитесь к искусству и науке пивоварения (2-е изд.). Oxford University Press. стр. 56. ISBN 978-0-19-515479-5.

Внешние ссылки