همشهری آنلاین - یکتا فراهانی: در این پژوهش، گروهی از فیزیک‌دان‌ها و مهندسان مکانیک با استفاده از یک مدل ریاضیاتی توانستند نحوه عملکرد جوهر در مواجهه با کشش سطحی و اثرات سورفاکتانت‌ها را توضیح دهند. این پژوهش می‌تواند به توسعه تکنیک‌های جدید در بهبود فرآیندهای حمل‌ونقل سیالات در سیستم‌های پیچیده کمک کند.

حرکت جوهر از میان «هزارتوی» شیر و صابون

در دنیای فیزیک سیالات، پژوهش‌های پیچیده بسیاری وجود دارند که بسیاری از آن‌ها در نگاه اول ممکن است ساده به نظر برسند. یکی از این آزمایش‌ها که ابتدا به‌عنوان یک نمایش از پیچیدگی سیستم‌های سیالاتی آغاز شد، اکنون به معمایی بزرگ تبدیل شده است. در این تحقیق، جوهر به شکلی غیرمنتظره از درون یک «هزارتوی» شیر و صابون حرکت می‌کند، انتخاب مسیرهایی که ابتدا تصور نمی‌شدند. اکنون، فیزیک‌دان‌ها به کمک کشش سطحی و اثرات سورفاکتانت‌ها این پدیده را توضیح داده‌اند.
سورفکتانت ماده‌ای است که جهت کاهش کشش سطحی بین مواد مختلف مانند دو مایع، گاز و مایع یا بین مایع و جامد مورداستفاده قرار می‌گیرد.


بیشتر بخوانید :

• حل یک میلیون بار سریع‌تر یک مسئله پیچیده ریاضی

• آشنایی با علت کروی بودن قطرات مایع در فضا

انتخاب مسیر توسط جوهر!

پژوهشگران در این مطالعه روی پدیده‌ای شگفت‌انگیز تمرکز کرده‌اند که در آن جوهر به‌جای پخش‌شدن به طور تصادفی، مسیر خاصی را دنبال می‌کند. این حرکت با استفاده از کشش سطحی که نیروهای چسبندگی مولکول‌های مایع را در سطح آن متمرکز می‌کند، صورت می‌گیرد. صابون که یک سورفاکتانت است، کشش سطحی را کاهش می‌دهد و باعث حرکت جوهر در داخل ترکیب می‌شود.

تأثیر سورفاکتانت‌ها در حرکت جوهر

در آزمایش شیر و صابون، علاوه بر سورفاکتانت اضافه شده، یک سورفاکتانت پیش‌ساخته در شیر نیز وجود دارد که به طور طبیعی مقاومت‌های مختلفی در سطح ایجاد می‌کند. این مقاومت‌ها باعث می‌شود جوهر به طور هوشمندانه مسیری با کمترین مقاومت را انتخاب کند و به خروجی برسد. محققان مدل ریاضیاتی این پدیده را توسعه داده‌اند که نشان می‌دهد سورفاکتانت اضافه شده از قبل می‌داند کدام مسیر به خروجی منتهی می‌شود.

اثر مارانگونی و تأثیر آن بر حرکت سیالات

این تحقیق به مفهوم «اثر مارانگونی» که به معنی حرکت سیال از نواحی با کشش سطحی پایین به نواحی با کشش سطحی بالا ست، می‌پردازد. این اثر به‌ویژه زمانی که تفاوت کشش سطحی به‌وسیله سورفاکتانت‌ها ایجاد می‌شود، باعث حرکت مایع در جهت‌های خاص می‌شود. این اثر می‌تواند در بسیاری از فرایندهای پیچیده که نیاز به انتقال سیالات دارند، مانند راه‌های تنفسی ریه‌ها یا حمل‌ونقل دارو، کاربردهای مفیدی داشته باشد.

بهبود استراتژی‌های حمل‌ونقل دارو

پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند جوهر با استفاده از کشش سطحی و تعاملات سورفاکتانت‌ها، می‌تواند مسیر خود را بادقت و به شکلی هوشمندانه انتخاب کند. این کشف نه‌تنها به فهم بهتر حرکت سیالات در سیستم‌های پیچیده کمک می‌کند بلکه می‌تواند در بهبود استراتژی‌های حمل‌ونقل دارو و سیالات در فرآیندهای مختلف نیز مفید باشد.