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
Закон Бэра-Бабине , также известный как закон Бэра – Теория образования рек из-за вращения Земли
Вторичный поток – относительно небольшой поток, наложенный на первичный поток из-за невязких предположений.
Ссылки
^ 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 )
^ Джеймс Томсон, О великих течениях атмосферной циркуляции (1857). Сборник статей по физике и технике, Кембриджский ун-т, 1912, 144-148 djvu файл
^ 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.
^ 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 .
^ 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.
^ 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.
^ Пинкок, Стивен (17 января 2007 г.). «Чайные листья Эйнштейна вдохновляют на создание нового гаджета». ABC Online . Получено 28.12.2008 .
^ 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 .
^ Бэмфорт, Чарльз В. (2003). Пиво: прикоснитесь к искусству и науке пивоварения (2-е изд.). Oxford University Press. стр. 56. ISBN978-0-19-515479-5.
Внешние ссылки
Хайфилд, Роджер (14 января 2008 г.). «Домашние эксперименты доктора Роджера». The Daily Telegraph . Архивировано из оригинала 9 декабря 2012 г. Получено 28 декабря 2008 г.
Sethi, Ricky J. (30 сентября 1997 г.). «Почему частицы движутся к центру чашки, а не к внешнему краю?». MadSci Network . Получено 29.12.2008 .
Букер, Джон Р. "Студенческие заметки - Физика жидкостей - ESS 514/414" (PDF) . Кафедра наук о Земле и космосе, Вашингтонский университет. гл. 5.8 стр. 48 . Получено 29.12.2008 .См. также рисунок 25 в файле figures.pdf
Stubley, Gordon D. (31 мая 2001 г.). "Mysteries of Engineering Fluid Mechanics" (PDF) . Факультет машиностроения, Университет Ватерлоо. Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2009 г. . Получено 29 декабря 2008 г. .
Статья Эйнштейна 1926 года доступна онлайн и проанализирована на BibNum (нажмите «Télécharger» для перехода на английский язык) (незащищенная ссылка).