مغناطيسيا المستحثة الدوارة رايلي تايلور عدم الاستقرار

نقدم بروتوكولا لإعداد سائل طبقي من طبقتين يمكن نسجه إلى دوران جسم صلب ثم إحداثه لاحقا في عدم استقرار رايلي تايلور عن طريق تطبيق مجال مغناطيسي متدرج.

الهدف العام من هذه التجربة هو مراقبة تأثير الدوران على نظام غير مستقر من الناحية الجاذبية يتكون من سائل كثيف يغطي سائلا أقل كثافة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في ديناميكيات السوائل ، مثل كيف يتنافس تأثير الدوران المستقر ويتفاعل مع التأثير المزعزع للاستقرار للجاذبية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي القدرة على إنشاء نظام دوار ثابت من طبقتين ثم استخدام مغناطيس لمعالجة الأوزان الفعالة لكل طبقة ، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار.

هذا هو الجهاز المستخدم في التجربة. المكونات المرئية الرئيسية هي منصة دوارة للخزان التجريبي ، وأسطوانة نحاسية تدعمها ، ومغناطيس فائق التوصيل في درجة حرارة الغرفة. تنزل الأسطوانة إلى تجويف المغناطيس ومجال مغناطيسي 1.8 تسلا.

يوفر هذا التخطيطي تفاصيل إضافية عن الترتيب. يتم إنتاج دوران المنصة بواسطة محرك خارج المحور يقوم بتدوير محمل الانزلاق بفتحة ثقب المفتاح. يتم توصيل الأسطوانة النحاسية بعمود الإدارة على شكل مفتاح وتنزل تحت ثقلها عند إزالة دبوس الإمساك.

يتضمن الإعداد الكامل الإضاءة وكاميرا يتم التحكم فيها عن بعد لالتقاط الصور. مع وضع الخزان في موضعه على المنصة ، حرك عمود الإدارة إلى أدنى موضع له. تأكد من أن كاميرا الفيديو ستتمتع بعرض للتجربة قيد التركيز البؤري ومضاءة بشكل مناسب.

للتحضير للتجربة ، ضع المنصة والأسطوانة النحاسية في أعلى موضع لها. أغلق الأسطوانة في مكانها باستخدام دبوس الإمساك. مع ضبط كل شيء آخر ، قم بإزالة الخزان لإعداده للتجربة.

على مقعد المختبر ، ابدأ في تحضير السوائل للخزان. بالنسبة للطبقة الكثيفة ، ابدأ ب 250 مل من الماء المقطر بدرجة حرارة الغرفة ، وأضف ما يقرب من 6.25 جرام من كلوريد الصوديوم إلى الماء. مكونات الطبقة العليا الخفيفة هي 325 مل من الماء المقطر بدرجة حرارة الغرفة ، جنبا إلى جنب مع كلوريد المنغنيز وأصباغ تتبع المياه الحمراء والزرقاء.

أضف كمية صغيرة من الفلورسين الصوديوم لإكمال التحضير. السائلان جاهزان الآن للتجربة. سيتم الاحتفاظ بالسوائل الطبقية في حاوية أسطوانية شفافة ، والتي تحتوي على غطاء لوسيت يمكن وضعه فيه.

يحتوي الغطاء على ثقوب تنزف للسماح للسوائل والهواء بالتدفق من خلاله. بالإضافة إلى الحاوية والسوائل ، احصل على قارب تعويم جاهز للاستخدام. يتكون قارب التعويم من جدران ستايرين على قاعدة إسفنجية.

يجب أن يكون الجزء السفلي من الداخل مبطنا بمناديل ورقية قوية. يجب أن يكون القارب قادرا على التناسب بسهولة مع الخزان التجريبي دون لمس الجوانب. تابع الخطوات التالية فقط عندما تكون جاهزا لإجراء التجربة.

ابدأ بالسائل عالي الكثافة وابدأ في إضافته إلى الخزان. توقف عند إضافة 300 ملليلتر. بعد ذلك ، قم بإعداد خزان رأس بمشبك وأنبوب للسائل منخفض الكثافة.

يجب أن يستوعب خزان الرأس 350 مل على الأقل ويجب أن يسمح المشبك بالتحكم في تدفق السوائل. تابع بإضافة سائل منخفض الكثافة إلى خزان الرأس. بعد ذلك ، قم بتركيب خزان الرأس فوق خزان التجربة للسماح بإطلاق السائل بالقرب من سطح السائل عالي الكثافة.

ضع قارب التعويم على سطح السائل عالي الكثافة. اضبط المشبك الموجود على خزان الرأس لإضافة سائل منخفض الكثافة إلى قارب التعويم ، وأضف حوالي ثلاثة ملليلتر في الدقيقة. مع مرور الوقت ، ينتشر السائل منخفض الكثافة من خلال الإسفنج مكونا طبقة سائلة خفيفة فوق السائل عالي الكثافة.

عندما يرفع القارب بعيدا عن الواجهة ، قم بزيادة معدل التدفق تدريجيا. استمر في الملء حتى يتم إفراغ خزان الرأس. بمجرد أن يتم سحب السائل بالكامل ، قم بإزالة قارب التعويم ببطء لتقليل التنقيط والحصول على غطاء خزان التجربة.

ضع الغطاء في مكانه ، وابدأ في خفضه في الطبقة العليا من السائل. توقف عندما تكون أعماق كل طبقة متساوية ، ولا توجد فقاعات هواء محاصرة. إذا نجحت ، فستكون هناك طبقتان من السائل متساوي العمق مع واجهة حادة بينهما.

ستكون هناك أيضا طبقة من السائل منخفض الكثافة أعلى غطاء اللوسيت. تابع بسرعة لإجراء التجربة وانقل الخزان بعناية إلى الجهاز. ضع الخزان التجريبي على المنصة ، مع إبقائه بعيدا عن المغناطيس.

قم بتشغيل المحرك وزيادة معدل الدوران ببطء عن طريق زيادة جهد مصدر الطاقة حتى يتم الوصول إلى المعدل المطلوب. بمجرد الوصول إلى معدل الدوران المطلوب ، ابدأ تسجيل الفيديو وادخل في موضعه لإزالة دبوس الثبات. عندما تصبح جاهزا ، قم بإزالة الدبوس واترك الخزان ينزل إلى المجال المغناطيسي.

هذه الصور عبارة عن لقطات من واجهة السوائل لأربعة معدلات دوران مختلفة. يتوافق كل عمود مع وقت مختلف ويزداد بزيادات قدرها نصف ثانية. في الأوقات المبكرة ، على سبيل المثال عند علامة ثانية واحدة ، لكل معدل دوران ، هناك اضطراب في الواجهة بمقياس طول سائد.

مع زيادة معدل الدوران ، ينخفض عرض الهياكل الشبيهة بالثعابين. هذه الصور مأخوذة من سلسلة من التجارب ذات اللزوجة السائلة المتفاوتة ومعدل دوران ثابت. يتوافق كل عمود مع وقت مختلف.

يزداد مقياس الطول المرصود لعدم الاستقرار مع زيادة اللزوجة من القيم المنخفضة إلى القيم الأعلى. من خلال رسم طول الموجة الراديوية السائدة كدالة لمعدل الدوران ، تصبح العتبة الدنيا لمقياس عدم الاستقرار قابلة للملاحظة. في هذه البيانات الخاصة بطبقات السوائل ذات اللزوجة التقريبية للماء ، فوق معدلات الدوران التي تبلغ حوالي أربعة راديان في الثانية ، تبلغ العتبة السفلية حوالي ستة ملليمترات.

بمجرد إتقانها ، يمكن تنفيذ هذه التقنية في ساعة واحدة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.