과학적 발견의 진정한 선구자는 "유레카"가 아니라고합니다. 하지만“허… 재밌습니다….” Sebastian Bianchi의 경우가 분명히 입증되었습니다. 단순한 차 한 잔은 그를 물의 표면 장력에 대한 흥미롭고 반 직관적 인 통찰력을 얻었습니다.
.2008 년 쿠바 하바나 대학교 (University of Havana)의 학부 물리학 전공으로 돌아온 비앙 치 (Bianchi)는 신선한 컵을 양조하면서 인기있는 (그리고 강력한) 남미 차를 양조하면서 특이한 것을 발견했습니다. 메이트를 준비하는 것은 컵에 컵에 포장 된 메이트 잎 위에 뜨거운 물을 붓고 가파른 것을 포함합니다. 일반적으로 사물은 하류로 흐르는 경향이 있지만, 몇몇 메이트 잎이 주전자에서 다시 끝났다는 것을 알았습니다. 어쨌든 그들은 상류로 여행했습니다.
비안 치는 동료 하바나 물리학 자 에르네스토 알츠 슐러에서 멘토를 발견했으며, 그는 몇 가지 실험을 수행하는 데 도움을 주었지만 결론을 발표하지는 않았다. 그러나 Altshuler는 무슨 일이 벌어 질지에 대한 문제에 계속 흥미를 느꼈으 며, 작년에 Rutgers University 물리학자인 Troy Shinbrot와 힘을 합쳐 이전 실험을 복제했습니다.
.설치에는 두 개의 물 탱크가 포함되었으며, 나란히 설정되었으며, 하나는 다른 것보다 더 높았습니다. 탱크는 채널로 연결되어 물이 상단에서 하단 탱크로 흐를 수 있습니다. 그런 다음 그들은 바닥 탱크의 물 표면에 메이트 찻잎과 분필 입자를 뿌렸습니다. 물론, 잎과 입자는 곧 상단 탱크의 물로 들어갔다 :
찻잎은 실제로 중력을 무시하지 않습니다. 그들은 단순히 복잡한 유체 역학에 반응하고 있습니다. Royal Society의 절차에 7 월 3 일에 발표 된 논문에서 a, 물리학 자들은이 행동이 요인의 조합에서 비롯되었다고 결론을 내렸다. 즉, 물의 표면 장력과 와류 전류의 차이.
주요 범인은 1855 년 가족 가계도를 가진 물리학자인 제임스 톰슨 (James Thomson)이 발견 한 마랑 고니 효과입니다. Thomson은 또 다른“재미있는 것”순간이었습니다. Thomson은 저녁 식사에서 와인 유리 측면에 방울과 리플렛이 형성되었으며, 특히 알코올 함량이 높은 와인의 경우 왜 이것이 발생하는지 궁금해했습니다. 와인은 대부분 알코올과 물이며 알코올은 물보다 표면 장력이 낮습니다. 따라서 물은 표면 장력의 약간의 차이로 인해 알코올 농도가 높은 주머니에서 멀어지는 경향이 있습니다.
그런 다음 모세관 작용이 있는데, 여기에는 표면 장력이 액체를 좁은 채널 (또는 와인 잔처럼 용기 벽)으로 끌어 당겨 질량이 무거워 질 때까지 뒤로 떨어질 수 있습니다. 식물은 모세관 작용에 의존하여 줄기에서 잎으로 물과 영양분을 운반합니다. 또한 소위 "심지 효과"에서 볼 수 있습니다. 등유 램프에서 등유는 심지고 안정적인 화상을 보장하기 위해 심지를 올라갑니다.
와인 (또는 아래에서 볼 수 있듯이 버번과 같은 알코올 함량이 높은 다른 성인 음료)의 경우, 액체는 유리 측면에 대한 슬로 슈를 며 모세관 작용 덕분에 영화를 형성하기 시작합니다. 알코올과 물은 모두 그 과정에서 증발합니다. 알코올의 압력이 높기 때문에 다른 속도로 증발합니다. 이것은 해당 지역의 알코올 농도를 줄이고 표면 장력을 증가시켜 더 많은 와인이 위로 위로 끌어 와서 방울이 붕괴되어 결국 눈물, 다리, 커튼 또는 교회 창으로 알려진 리공에서 유리를 무너 뜨리고 뒤로 물러납니다.
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찻잎과 분필 입자와 비슷한 일이 발생하며, 필연적으로 형성되는 소용돌이 전류를“라이딩”하는 데 도움이됩니다 (Marangoni 효과는 기술적으로 일종의 대류입니다). 우리는 우리가 커피에 우유를 저어 주거나 연기 반지를 날려 버리거나 욕조에서 물을 보면서 소용돌이가 배수구를 소용돌이 치는 소용돌이를 보았습니다.
이들은 새로운 현상이 아니지만, 찻잎을 상류로 이끌 수있는 충분한 힘을 가해서 결합 할 수 있다는 것은 놀라운 일입니다. 물리학 자들의 결론은 오염 입자가 왜 실험실 샘플을 들고있는 피펫에 몰래 들어가거나 왜 오염 물질이 천천히 흐르는 강에서 상류로 이동할 수 있는지 설명 할 수 있습니다.
비안 치의“재미있는”순간은 물리 실험이 차 한 잔에서 영감을 얻은 것은 이번이 처음이 아닙니다. 몇 년 전, 콜로라도의 기계 공학 대학원생 인 Daniel Ives는 Hibiscus Tea가 뜨거운 물을 주입하는 방법을 탐구하기 위해 Flow Visualization Experiment [PDF]를 고안했습니다. 그는 백서 배경에 맑은 뜨거운 물 한 잔을 놓고 표면에 몇 개의 히비스커스 잎을 뿌려 확산 과정의 다양한 단계를 촬영했습니다.
.아이브스는 히비스커스 꽃이 물을 흡수하고 부풀어 오르고 흡수 된 수분이 꽃에서 수용성 입자를 물로 끌어 당겨 물로 침출하여 차에 뿌려진 물이 평형에 도달 할 때까지 점차 바깥 쪽과 아래쪽으로 확산됩니다. 물보다 밀도가 높은 찻잎은 아르키메데스 원리에 따라 대체 된 물의 질량에 해당하는 상향 부력 힘을 나타냅니다. 순간. 그러나 중력은 또한 찻잎의 각 입자를 아래쪽으로 당기고 있습니다. 작은 효과이지만 침출 된 입자로 이미 포화 된 물이 유리에 천천히 가라 앉게하기에 충분합니다.
어쩌면 어느 날, Ives와 그의 동료 물리학 자들은 George Orwell의 1946 년 주장을 테스트하여 완벽하게 주입 된 차 한 잔을 달성하기 위해 물이 다른 정확한 조건들 중에서도 끓어야합니다. 그 동안 간단한 차 한잔에서 자연에 대해 흥미로운 것을 배울 수 있다는 것을 알게되어 기쁩니다.
Jennifer Ouellette는 과학 작가이자 의 저자입니다. 미적분기 일기 및 다가오는 나, 나 자신과 이유 :자아의 과학 검색 ="line-height :1.45em">. 트위터 @jenlucpiquant에서 그녀를 팔로우하십시오.
