يتحقق الفيزيائيون بشكل تجريبي من معادلات سوائل عمرها 40 عامًا

لعقود من الزمن ، استخدم الباحثون معادلات مستمدة في منتصف السبعينات من أجل مجموعة متنوعة من تطبيقات السوائل التي تشمل الأحبار والرغاوي والفقاعات ، بين الاستخدامات الأخرى. تصف معادلات السوائل الأساسية مقدار القوة المطلوبة لسحب جسيم صلب من سطح سائل. على الرغم من أن هذه المعادلات قد تم تأكيدها تجريبياً للجسيمات ذات حجم الملليمتر ، إلا أن التأكيد التجريبي في نظام الميكرومتر كان غير موجود.

بهدف سد هذه الفجوة ، قام الباحثون في دراسة جديدة ، لأول مرة ، بقياس قوة الشعيرات الدموية في جسيمات دقيقة مفردة أثناء تصوير شكل السائل الغضروفي الذي يتكون تحت الجسيم ، والذي يحاول سحب الجسيم إلى الوراء. السائل. نتائجها تحقق تجريبيا من معادلات السوائل 1970s للجسيمات الدقيقة.

قام الباحثون ، بقيادة هانز يورجن بوت في معهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات في ماينز بألمانيا ، بنشر ورقة عن نتائجهم التجريبية في عدد حديث من رسائل Physical Review.

يحتوي سلوك الجسيمات على الأسطح السائلة على العديد من التطبيقات ، وقد تمت دراسته على نطاق واسع ، على الأقل بالنسبة للجسيمات حتى قطرها 0.3 ملليمتر. وعندما يتم سحب أحد هذه الجزيئات من السائل ، يتشكل الغضروف المفصلي بين الجسيم والسطح السائل ، مما يخلق قوة شعرية تحاول سحب الجسيم إلى السطح. في المقاييس الماكروسكوبية ، تلعب الجاذبية أيضًا دورًا مهمًا في سحب الجسيم إلى السطح السائل. وقد أظهرت التجارب أيضًا أنه عندما يتم سحب جزيء كهربي من السطح ، يمكن أن ينزلق على السطح مع هبوط الغضروف السفلي تحت السطح.

غير أن الأمور مختلفة في المجهر ، حيث تكون الجاذبية عادة لا تُذكر مقارنة بالقوى الشعرية. نظرًا لعدم وجود العديد من التجارب مع الجسيمات الدقيقة ، تظل العديد من الأسئلة بدون إجابة. تتضمن بعض هذه الأسئلة المفتوحة تحديد كيفية ارتباط القوة الشعيرية وشكل الغضروف المفصلي ، وكذلك ما إذا كانت الجزيئات الدقيقة يمكن أن تنزلق على السطح مثل الجسيمات العيانية.

في تجاربهم ، قام الباحثون بإلصاق جسيمات زجاجية صغيرة في نهاية ناتئ على المجهر ، ثم غمر ببطء الكابول مع الجسيمات الدقيقة في وعاء من الجلسرين. باستخدام تقنيات مجهرية متطورة ، قام الباحثون في الوقت نفسه بقياس قوة الشعيرات الدموية وزاوية التلامس بين الجسيمات الدقيقة والمحلول الهضمي حيث تم رفع الجسيمات الدقيقة ببطء من السائل.

في حين أن النتائج التجريبية تحقق من معادلات السوائل الأساسية للجسيمات الدقيقة بشكل عام ، إلا أنها كشفت أيضًا عن بعض المفاجآت. على سبيل المثال ، على عكس الجسيمات الماكروسكوبية ، يتم تثبيت خط التماس بين الجسيمات الدقيقة والسطح السائل لمعظم عملية الفصل. فقط في اللحظات الأخيرة عندما يكون الجسيمات الدقيقة على وشك الفصل ، ينزلق الجسيم حول السطح.

ويتوقع الباحثون أن تكون النتائج مفيدة للعديد من التطبيقات التي تتضمن قوى الشعيرات الدقيقة للجسيمات الدقيقة على الأسطح السائلة ، مثل تعويم المعادن وإزالة الحبر عن الورق.

اعداد وترجمة /فادي طارق 

المصدر