水滴什么时候会爆炸?新发现太神奇了

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科学家们发现了好几个 公式,它控制着物理学中看似最不可知的极限之一:水滴在爆炸前能承受多大下行速率 的电场?然而很多公式却是出人意料的简单。

物理学家研究很多无穷小的现象图片已有数十年,但尽管整体的理论概念相对容易,但要弄清楚很多带电爆炸则删剪不肯能。

研究人员表示,现在发现的很多公式将为太空推进、质谱分析、高分辨率打印、空气清洁、分子分析等各个领域带来全新的进展。



水滴的中间肯能电场没法强而爆裂。来源:MIT

来自麻省理工学院机械工程与物理的研究生Justin Beroz说道:“在这项公式面世日后,工程师和科学家们需用进行周密的模拟计算,以评估带电液滴的稳定性。但利用许多人的方程式,直接拿出纸笔就都需用立刻得出结果。”

该研究团队在论文中描述的很多现象图片其我觉得现实世界中时不时前会 占据 ,但许多人几乎看不见。

当雨滴从天空落下时,受到风暴云产生的电场的影响,将水分子以球形结合的表层张力就会一蹶不振 对水分子的控制,而电场则会随着电荷在水滴表层的不断积聚,将水滴向外拉扯。

近年来,肯能有不少微流体学的研究者利用很多效应,用电场来操纵和移动液滴,但仍然没法好几个 简单有效的法子来计算水滴的稳定极限,即水滴在电应力作用下保持删剪、或占据 爆裂的理论阈值。

有日后 ,当电场足够强,液滴就会在某好几个 时刻无法维持平衡,结束变得不稳定继而爆裂。



不同电场下行速率 对水滴形态的影响。图:MIT

看来现在许多人终于明白了。

在实验过程中,Beroz及其团队用高速摄像机拍摄了置于带电金属板上的水滴,并着眼于电场迫使液滴爆炸前的那一刻,在那一瞬间观察水滴的临界稳定形态。

研究人员发现,很多稳定极限受到了幂次法则的限制,该定律都需用解释水滴占据 物体表层(无论静止还是滑动)或自由漂浮于空中时的破裂阈值。

研究人员表示,许多人发现的幂律公式的自变量主就说 液滴的体积和半径,而先前的理论法子则是通过液滴的深度1(和半径)来计算稳定极限。

“在过去的100年里,许多人约定俗成的法子是使用深度1来计算,”Beroz说道,“但当水滴变形时,它的深度1也会占据 变化,有日后 很多现象图片的数学冗杂性受制于液滴的深度1很多维度。而从当事人面来看,无论液滴在电场中怎么上能变形,它的体积前会 保持不变。”

关于很多新方程,研究小组表示,假使 你知道八个必要参数即液滴的表层张力、电场下行速率 、空气介电常数、体积和半径中的好几个 ,就都需用通过计算,得出第八个参数的值,从而进一步算出液滴的稳定极限。

这是一场持久战的战果,将彻底改变数个科学领域的理论理解,从而在静电纺丝、静电过滤和破乳(反乳化)等工业过程中取得新进展。

Beroz表示:“考虑到很多现象图片的数学冗杂性,该研究得出的结果出乎意料的简单。”

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