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大学生处理了困扰物理学家半个多世纪的难题

2019-12-08 01:32:39  阅读:1695+ 作者:责任编辑NO。郑子龙0371

一位大学生最近处理了一个困扰物理学家半个多世纪的问题:为什么气泡会卡在狭隘的笔直管道里?这个答案或许有助于解说困在多孔岩石中的天然气的行为。

几年前,物理学家注意到,在一个很窄的充溢液体的管子里,气泡不会移动。瑞士联邦洛桑理工学院(EPFL)机械工程系助理教授约翰·柯林斯基说,这“有点自相矛盾”。

这是因为气泡的密度比它周围的液体要小,所以它应该升到管的顶部。更重要的是,液体中仅有的阻力来自于液体的运动,但在这样的一种情况下,液体是停止的。

为了处理固执气泡的问题,瓦西姆·达瓦迪决议用一种叫做“干与显微镜”的办法来勘探它。这种办法和激光干与引力波天文台(LIGO)勘探器用来寻觅引力波的办法是相同的。瓦西姆·达瓦迪其时是柯林斯基试验室的工科本科生,现在正在苏黎世理工学院攻读硕士学位。

在这种情况下,研讨人员使用了一种定制的显微镜,它将一束光照射到样品上,并丈量反射回来的光的强度。因为光的反弹办法因其碰击物的不同而不同,所以对光反弹的丈量可以在必定程度上协助研讨人员澄清资料的“厚度”。经过这种办法,他们勘探了一个漂浮的气泡,这个气泡被困在一个装满了异丙醇的细管里。达瓦迪说,酒精可以让他们进行“自我清洁试验”,这是必要的,因为试验成果会被任何污染或尘垢弄得一团糟。

从20世纪60年代一位名叫布雷瑟顿的科学家开端,研讨人员从理论上探讨了这一现象,但曾经从未直接丈量过。柯林斯基说,一些核算成果表明,气泡被一层极薄的液体包裹着,这层液体接触到试管的旁边面,然后渐渐缩小,终究消失。当气泡企图上升时,这一薄层会对其运动发生阻力。

研讨人员的确调查到气泡周围的这一十分薄的层,并丈量到它大约有1纳米厚。正如理论作业所猜测的那样,这便是按捺气泡运动的原因。但他们也发现,液体层并没有消失,而是始终保持稳定的厚度。

依据他们对薄层流体的丈量,他们还能核算出它的速度。科林斯基说,他们发现气泡底子没有被卡住,而是以肉眼看不见的“十分缓慢”的速度移动,这是因为薄层形成的阻力。但是,他们也发现,经过加热液体和气泡,他们可以使薄层消失,这是一个别致的主意,在未来的研讨中或许是“令人兴奋的”探究。

他们的发现或许有助于为地球科学范畴供给信息。柯林斯基说:“气体被约束在多孔介质中,比方天然气被约束在多孔岩石中。咱们的调查成果与这些气泡怎么被约束的物理学有关。”

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