Експеримент, випадково врятований після сьогоднішньої аварії на човнику в Колумбії, дозволяє вченим зрозуміти фундаментальне, хоча і мало відоме властивість рідин.

збиті

25 квітня 2008 р .: Давайте проведемо невеликий науковий експеримент. Якщо у вас є банка зі збитими вершками (в Іспанії вона відома як «збиті вершки») в холодильнику, продовжуйте і діставайте її. Налийте щедру порцію крему в ложку і уважно спостерігайте.

(Роздумуючи над питанням, вставте ложку в рот, в ім’я науки.)

Збиті вершки швидко змінюються внаслідок явища, яке називається «витончення на зсув». Коли частина піни змушена ковзати або «прорізати» решту піни, піна «розріджується» (стає менш в’язкою). Він менш схожий на мед, а більше на воду, дозволяючи йому легше текти, поки розрідження не припиниться.

Розрідження зсуву відбувається в багатьох речовинах; напр. кетчуп, кров, моторне масло, фарби, рідкі полімери (наприклад, розплавлений пластик) і часто знання того, як використовувати речовину, має вирішальне значення. Наприклад, надмірне розрідження зсуву в моторному маслі є небажаним, оскільки це зменшує здатність масла захищати машину від зносу. Натомість розрідження зсуву у фарбі дозволяє їй плавно стікати від пензля, але все одно прилипає до стіни. Цей ефект також є тим, що дозволяє кетчуповому соусу витікати з пляшки, але не капати або зісковзувати чіпси.

"Деталі залежать від взаємодії в рідині на молекулярному рівні, і ці взаємодії можуть бути досить складними", - говорить фізик рідини Роберт Берг з Національного інституту стандартів і технологій. "Фундаментальні теорії не були прямо перевірені навіть для найпростіших рідин".

Досі. Перше справжнє підтвердження теорії про те, як явище витончення зсуву працює в простій рідині, було отримано в результаті експерименту, проведеного на борту останнього польоту космічного човника Колумбія.

"Ми показуємо, що одна з найважливіших теорій в основному є правильною", - говорить Грег Циммерлі, науковий співробітник експерименту в Дослідницькому центрі Гленна НАСА. "Це важливий крок", - додає Берг, який є головним слідчим експерименту.

Більшість даних, отриманих в результаті експерименту, названих критичною в'язкістю ксенону-2 (CVX-2, англійською мовою), були надіслані вченим на Землі перед руйнуванням човника під час його повернення в атмосферу. Примітно, що жорсткий диск експерименту пережив катастрофу і був знайдений серед того, що залишилося від корабля, так що техніки змогли відновити решту даних.

Вгорі: Шматок "віконного екрану" розміром з великий палець, підвішений між електродами, є лопаткою, за допомогою якої був вилучений зразок ксенону з експерименту CVX-2.

Експеримент CVX-2 був розроблений для вивчення зсувного розрідження в ксеноні, речовині, що використовується в лампах та іонних ракетних турбінах. Ксенон хімічно інертний, тому його молекули складаються з одного атома (це найближче до плаваючої більярдної кульової моделі ідеалізованого газу або рідини). На відміну від збитих вершків, які складаються з довгих, складних органічних молекул, ксенон буде порівняно легше зрозуміти.

"Для теоретиків це простіше зрозуміти", - говорить Циммерлі.

Зазвичай деякі прості рідини, такі як ксенон, не відчувають розрідження на зсув. Вони товсті або тонкі і залишаються в такому стані. Але це змінюється, якщо наблизитися до їх "критичної точки": особливої ​​комбінації температури та тиску, де рідини можуть одночасно існувати в рідкому та газоподібному станах. У критичну точку звичайні рідини можуть «розріджуватися при різанні», як і збиті вершки.

Вниз: Фазова діаграма ксенону ілюструє концепцію критичної точки: найвищу температуру та тиск, при яких ксенон може існувати одночасно у вигляді рідини та газу.

Експеримент CVX-2 повинен був проводитися в космосі: рідини в критичній точці легко стискаються. На Землі вони руйнуються під власною вагою і стають щільнішими на дні контейнерів. На відміну від цього, при орбітальному вільному падінні ці відмінності зникають, що є ключовою вимогою для хорошого експерименту.

Для тестування на розрідження зсуву під час експерименту CVX-2 температуру та тиск регулювали в маленькому балоні, поки ксенон не доводився до критичної точки, а потім рідину обережно видаляли за допомогою лопатки з сіткою з нікелю. Вимірюючи стійкість рідини до руху лопатей, експеримент зміг визначити в'язкість ксенону. Потім шукали зміни в’язкості, оскільки швидкість лопаті та температура рідини повільно змінювались.

Результати точно узгоджувались із прогнозами теорії динамічного сполучення мод. "Це фундаментальне розуміння може допомогти нам розробити кращі теорії про розрідження зсуву в рідинах, більш складних, ніж ксенон", - говорить Циммерлі.

Це була б дуже гарна новина, наприклад, для інженерів, які хочуть створити високоефективні автомобільні оливи, або для виробників, які прагнуть виробляти рідкі пластмаси з відповідними властивостями розріджувального зсуву для даної форми. Межа - фантазія.

Хоча знання, чи можна покращити збиті вершки, є, проте, абсолютно суперечливою темою.