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篮球完全即时比分网:研究人員首次直接測量“麥片效應”力

2019-12-30 12:02:11    來源:    我來說兩句()
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体球比分网 www.670520.live  每天早晨,數百萬個谷物碗中都會發生一種有趣的流體動力學現象。當僅有少量谷物谷物漂浮在牛奶頂部時,它們往往會聚集在碗的中間或邊緣附近,而不是分散在整個表面上。

現在,布朗大學的一個研究人員小組已經開發出一種方法來測量這種聚類所涉及的力。研究人員說,這是第一次以毫米/厘米為單位對這些力進行實驗測量。這項工作的意義遠不止是谷類食品-結果可能對指導微型機器的自組裝或設計在水中和周圍運行的微型機器人有用。

布朗的本科生,描述該工作的論文的主要作者伊恩·霍說:“已經有很多模型描述這種Cheerios效應,但這都是理論上的。” “盡管這是我們每天都會看到的事情,并且對于諸如自組裝之類的事情很重要,但沒人能進行如此規模的實驗測量來驗證這些模型。這就是我們能夠做到的。”

該研究發表在《物理評論快報》上。何的合著者是布朗的訪問學者朱塞佩·普契(Giuseppe Pucci)和布朗工程學院的助理教授丹尼爾·哈里斯(Daniel Harris)。

Cheerios效應是由重力和表面張力的相互作用引起的-液體表面上的分子趨于粘附在一起的趨勢是在表面上形成薄膜。像Cheerios這樣的小物體不夠重,無法破壞牛奶的表面張力,因此它們會漂浮。但是,它們的重量確實會在表面膜上產生小凹痕。當一個Cheerio凹痕與另一個凹痕足夠近時,它們相互陷入,合并凹痕,最終在牛奶表面形成簇。

為了測試Cheerios(以及Cheerio尺寸和重量范圍內的其他物體)相互吸引的能力,研究人員使用了一種定制裝置,該裝置使用磁力來測量力。實驗涉及兩個Cheerio大小的塑料盤,其中一個包含一個小磁鐵,漂浮在一個小水桶中。浴缸周圍的電線圈會產生磁場,當另一個磁盤固定在位時,磁場會將磁化磁盤拉開。通過測量磁盤開始彼此移動的瞬間的磁場強度,研究人員可以確定吸引力的大小。

哈里斯說:“磁場為我們提供了一種非機械的方法來向這些物體施加力。” “這很重要,因為我們正在測量的力類似于蚊子的重量,因此,如果我們物理接觸這些身體,將會干擾它們的移動方式。”

實驗表明,當磁盤非??拷胖檬?,傳統的相互作用數學模型實際上會低估吸引力的強度。最初,研究人員不確定發生了什么,直到他們注意到隨著兩個磁盤的靠近,它們開始彼此傾斜。傾斜導致磁盤將更硬地推向液體表面,這又增加了液體推回的力。額外的推動會導致磁盤之間的吸引力稍微增加。

哈里斯說:“我們意識到,我們的模型還有一個不滿足的額外條件,那就是這種傾斜。” “當我們在模型中添加一種成分時,我們會達成更好的共識。這就是在理論和實驗之間來回轉換的價值。”

研究人員說,這些發現可能對微型機器和機器人的設計有用。例如,人們感興趣的是使用像蜘蛛一樣的小型機器人,它們可以在水面掠過以進行環境監測。這項工作揭示了這些機器人會遇到的各種力。

哈里斯說:“如果有多臺小型機器到處移動,或者有兩條或更多條機器人的腿,則需要知道它們相互作用的力。” “這是一個有趣的研究領域,我們可以為此做出新的貢獻這一事實令人興奮。”


 
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