Name: Impactos das esferas em queda livre em um Pool profundo líquido com condições de superfície alterado fluido e pêndulo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 49 s
Description: Aprenda a realizar experimentos de entrada em água com esferas em queda livre, incluindo preparação de superfícies com tecidos penetráveis e visualização de respingos. Este método auxilia pesquisadores em dinâmica de fluidos.

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Os autores gostaria de reconhecer a faculdade de engenharia e Ciências (CECS) da Universidade da Flórida Central para financiar este projecto, do computador, Joshua Bom e Chris Souchik para imagens de respingo e Nicholas Smith para feedback valioso.

1. Configurando o experimento para impactos verticais
<ol><li>Encher um tanque de água transparente de dimensões aproximadamente 60 cm x 30 cm x 36 cm (comprimento x peso x profundidade) com 32 L de água e montar uma medidor régua (escala visual) verticalmente dentro do recipiente, tal que a base fica no topo do fluido, como visto na Figura 1a. Nota: Profundidade e largura do tanque devem ser maiores que 20 vezes o diâmetro das esferas maiores usado no experimento para efeitos de parede sejam negligenciáveis9. Velocidades de entrada maiores do que os descritos aqui vai exigem maior profundidade do tanque. A escala visual usada para determinar a altura de queda e calibração de software de rastreamento é discutida na seção 7.</li>
	<li>Coloque uma régua de medidor adicional sob a água, que pode agir para ampliar as dimensões. Esta escala visual é usada para calibrar o software para medições subaquáticas de rastreamento.</li>
	<li>Construa uma plataforma articulada ('mecanismo de liberação') que suspende esferas acima o fluido e gira para baixo, para obter a aceleração tangencial maior que gravidade no local do pêndulo, quando liberado, como visto na Figura 1a. Rotação rápida é alcançada conectando-se a plataforma articulada para o centro do componente suporte usando elásticos. O resultado é um pêndulo sem suporte e sem rotação. Nota: A plataforma é facilmente fabricada com impressora 3D.</li>
	<li>Para testes de impacto, coloque o polegar para a base da plataforma articulada e girá-la 90° para uma posição horizontal para a colocação de esferas acima do líquido. Nota: Retração é acionada quando o polegar é lançado da base da plataforma.</li>
	<li>Fixe o mecanismo de liberação de um stand de retorta, tais que o dispositivo pode ser ajustado para várias alturas.</li>
	<li>Lugar retorta ficar ao lado do tanque... tal que o mecanismo de liberação é dentro do mesmo plano de profundidade como a escala visual. Adicione um peso para a base do pedestal da retorta conforme necessário para impedir a derrubada.</li>
	<li>Ajuste o mecanismo de liberação para a altura de queda máxima de experimental desejado. Isto é necessário para visualização ideal inicial, conforme discutido na seção 6 e assegura que as características de respingo de interesse estão sempre dentro do quadro de visualização da câmera.</li>
	<li>Anexe uma luz multi conduzida a um braço articulado, tal que a luz é montada sobre a câmera, olhando para baixo para a zona de respingo. Luz ambiente sozinha é insuficiente para iluminar a cena com as altas taxas de quadros necessários para extrair cinemática de respingo. Nota: Nunca podemos ter muita luz.</li>
	<li>Coloque uma tela preta na parte de trás do tanque de água para ajudar a visualização splash e cavidade, como visto na Figura 2.</li>
	<li>Coloque um proteção de vidro absorvente de choque, como uma esponja de célula fechada, na parte inferior do tanque de água e afixo com pesos para evitar desgaste. Nota: A altura do fluido no tanque deve ser tal que a esfera não interage com o absorvente de choque antes da pitada de cavidade de ar fora de10.</li>
</ol>2. parâmetros adimensionais de controle
<ol><li>Realizar experimentos com esferas lisas de vários diâmetros e massas. Para isso, polyoxymethylene (por exemplo, Delrin) moeda-fazendo bolas funcionam particularmente bem e não tem nenhuma linha de parte do molde. Medir massas e diâmetros com uma balança analítica e compasso de calibre Vernier, respectivamente.</li>
	<li>Realizar experimentos sobre uma escala das alturas H para gerar velocidades de impacto <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq1.jpg"> onde <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq2.jpg"> m/s2 é a aceleração da gravidade. Meça a altura com a escala visual dentro do quadro da câmera. Nota: Use o recurso de Rastreamento automático na ferramenta de análise de vídeo conforme discutido na seção 7 para medir velocidades de impacto.</li>
	<li>Realizar experimentos com fluidos misturas de água e surfactantes adequados (por exemplo, glicerina ou sabão) para modificar a tensão superficial. Medir a tensão superficial com um tensiómetro de superfície.</li>
	<li>Calcular números de Reynolds <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq3.jpg"> e números de Weber <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq4.jpg"> , onde ρ é a densidade do fluido, D é o diâmetro da esfera, μ é a viscosidade dinâmica do fluido e σ a tensão superficial do líquido.</li>
</ol>3. manter condições sanitárias experimentais
<ol><li>Realizar experimentos usando luvas de nitrilo industrial e recuperar as esferas do tanque de água com uma colher higienizada. Cuidado: A pele naturalmente produz óleos que podem afetar a molhabilidade dos pêndulos e manchar o fluido condições.</li>
	<li>Limpar as esferas com 99% de álcool isopropílico e deixe para secar por 1 min entre as provações para impedir a influência das impurezas.</li>
	<li>Se usar tecidos que se quebram durante o impacto, substitua a água no tanque após cada julgamento se sucatas não podem ser coletadas manualmente.</li>
	<li>No final do experimento, esvazie o tanque e deixe-o secar.</li>
	<li>Antes de um experimento, limpe o reservatório com água para eliminar as impurezas.</li>
</ol>4. a superfície em camadas com tecidos penetráveis
<ol><li>Separe o tecido em quadrado ou redondo plies em preparação para testes de impacto. Use um paquímetro para obter espessura compactada do tecido. Nota: A espessura do tecido mudará quando molhado.</li>
	<li>Delicadamente, descanse o tecido seco sobre a superfície da piscina líquida. Certifique-se que as lonas não iniciar descida antes do lançamento do pêndulo e substituir tecidos imediatamente após a colisão.</li>
	<li>Use uma colher higienizada para posicionar o tecido abaixo da plataforma articulada antes de liberar as esferas.</li>
	<li>(Opcional) Realizar os seguintes testes usando uma amostra de tecido para a caracterização do material.<ol>
<li>Realizar testes de tração usando um testador de resistência à tração para determinar o módulo de elasticidade da amostra.</li>
		<li>Use um microscópio digital para obter uma visão microscópica do tecido e determinar o comprimento da fibra usando uma ferramenta de imagem.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. preparar esferas quimicamente hidrofóbicas
<ol><li>Pulverizador a base hidrofóbica revestir aproximadamente de 15 a 30 cm da superfície da esfera. Evite encharcar a superfície. Deixe secar por 1\u20122 min antes de adicionar revestimentos adicionais. Aplica duas demãos de base mais. Deixe secar por 30 min antes de aplicar o revestimento superior. Nota: O número de superfície adicional pode variar com base nas recomendações do fabricante do produto.</li>
	<li>Pulverizador a hidrofóbico top coat aproximadamente de 15 a 30 cm da superfície. Evite encharcar a superfície. Deixe secar por 1 – 2 min antes de adicionar revestimentos adicionais. Aplica duas ou três mais revestimentos de top coat. Deixe para secar por 30 min para uso de luz e 12 h para uso completo. Nota: O número de camadas adicionais de superfície pode variar com base nas recomendações do fabricante do produto.</li>
	<li>Depois de aproximadamente 20 testes, o revestimento hidrofóbico torna-se comprometido devido ao manuseio excessivo. Remover o revestimento com 99% de isopropil e repita as etapas 5.1 e 5.2.</li>
</ol>6. sincronização de câmeras para visualização de respingo
<ol><li>Coloque uma câmera de alta velocidade com uma lente adequada perpendicular ao eixo de impacto e em linha com a superfície do líquido. Nota: Uma lente prime 55mm fornece um bom ponto de partida.</li>
	<li>Onde tecidos devem ser usados, adicione uma câmera de alta velocidade adicional para a experiência para fornecer uma visão de cima para baixo dos impactos, como visto na Figura 1b.</li>
	<li>Sincronize várias câmeras para um computador usando as seguintes etapas.<ol>
<li>Conecte os dois terminais de saída da câmara horizontal para ambos os terminais de entrada da câmera adicional usando cabos BNC.</li>
		<li>Ligue o interruptor de gatilho à câmara horizontal apenas.</li>
		<li>Conecte os cabos Ethernet de ambas as câmaras um fora da rede roteador conectado ao computador. Nota: Na ausência de um roteador, conecte os cabos Ethernet de câmeras para separar computadores.</li>
	</ol>
</li>
	<li>O software de aquisição de vídeo, configure as câmeras com as seguintes configurações. Definir a taxa de quadros para um mínimo de 1.000 fps, definir a resolução da tela para a resolução desejada. Definir a velocidade do obturador para 1 por quadro segundo e definir o modo de gatilho para terminar.</li>
	<li>Altura máxima de lançamento, realizar uma série de testes para garantir que os jatos de Worthington encontram-se o quadro de vídeo.</li>
	<li>Ajuste a posição da câmera e foco em conformidade até a qualidade de visualização desejada seja alcançada.</li>
	<li>Depois de gravar, extrai medições geométricas e cinemáticas de vídeos usando uma ferramenta de análise de vídeo adequado. Use o Tracker, uma ferramenta de análise de código-fonte aberto ou qualquer software de capacidade comparativa.</li>
</ol>7. digitalização de cinemática de impacto com software tracker
<ol><li>Selecione a vara de calibração da caixa de ferramentas Tracker e combiná-lo com a escala visual (Figura 2a), fazendo o pau tanto quanto possível.</li>
	<li>Clique em vara de calibração e defina o valor de escala para o comprimento da escala visual pelo pau. Ou seja, se a vara de calibração abrange 1 cm na escala visual, defina escala valor para 1. Nota: Isso garante medições de software são na ordem de centímetros.</li>
	<li>Alternar a reprodução de vídeo clicando em Iniciar e parar e definir o vídeo para o quadro desejado.</li>
	<li>Selecione a vara de medição da caixa de ferramentas Tracker e extrair o respingo coroa altura k, cavidade largura b, cavidade profundidade le Worthington jato altura h, como visto na Figura 2b,c. Nota: A vara de medição é ajustável em ambas as extremidades e pode ser usada simultaneamente com outras seleções de caixa de ferramentas.</li>
	<li>Selecione a caixa de ferramentas Tracker transferidor e medir o ângulo de separação q de fluido em relação o pêndulo, como visto na Figura 2b. O transferidor é ajustável em ambas as extremidades e pode ser usado simultaneamente com outras seleções de caixa de ferramentas.</li>
	<li>Selecione o recurso de Rastreamento automático do software para gravar dados de velocidade e posição temporal. Quando o rastreamento é interrompida devido à falta de clareza no vídeo, uso manual de acompanhamento até à obtenção de clareza e rastreamento automático é retomada.</li>
</ol>

<ol><li>Watson, D. A., Stephen, J. L., Dickerson, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jet+amplification+and+cavity+formation+induced+by+penetrable+fabrics+in+hydrophilic+sphere+entry%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Jet amplification and cavity formation induced by penetrable fabrics in hydrophilic sphere entry.</a> Physics of Fluids. 30, 082109(2018).</li>
<li>Truscott, T. T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Cavity+dynamics+of+water+entry+for+spheres+and+ballistic+projectiles%22">Cavity dynamics of water entry for spheres and ballistic projectiles</a>. , Massachusetts Institute of Technology. Doctor of Philosophy Thesis (2009).</li>
<li>Truscott, T., Techet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+spinning+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of spinning spheres.</a> Journal of Fluid Mechanics. 625, 135(2009).</li>
<li>Techet, A., Truscott, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+spinning+hydrophobic+and+hydrophilic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluids+and+Structures%22%5BJournal%5D)">Water entry of spinning hydrophobic and hydrophilic spheres.</a> Journal of Fluids and Structures. , 716(2011).</li>
<li>Zhao, S., Wei, C., Cong, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+investigation+of+water+entry+of+half+hydrophilic+and+half+hydrophobic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Mathematical+Problems+in+Engineering%22%5BJournal%5D)">Numerical investigation of water entry of half hydrophilic and half hydrophobic spheres.</a> Mathematical Problems in Engineering. 2016, 1-15 (2016).</li>
<li>Worthington, A. M., Cole, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+with+a+liquid+surface+studied+by+the+aid+of+instantaneous+photography%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London%22%5BJournal%5D)">Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 137, 137(1897).</li>
<li>Worthington, A. M., Cole, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+with+a+liquid+surface+studied+by+the+aid+of+instantaneous+photography.+Paper+II%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London%22%5BJournal%5D)">Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography. Paper II.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. , 175(1900).</li>
<li>Duez, C., Ybert, C., Clanet, C., Bocquet, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+a+splash+with+water+repellency%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Making a splash with water repellency.</a> Nature Physics. 3, 180-183 (2007).</li>
<li>Tan, B. C. W., Thomas, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+an+upper+layer+liquid+on+the+phenomena+and+cavity+formation+associated+with+the+entry+of+solid+spheres+into+a+stratified+two-layer+system+of+immiscible+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Influence of an upper layer liquid on the phenomena and cavity formation associated with the entry of solid spheres into a stratified two-layer system of immiscible liquids.</a> Physics of Fluids. 30, 064104(2018).</li>
<li>Shin, J., McMahon, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+tuning+of+a+splash%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The tuning of a splash.</a> Physics of Fluids. 2, 1312-1317 (1990).</li>
<li>Krishnan, S. R., Seelamantula, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+selection+of+optimum+Savitzky-Golay+filters%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Signal+Processing%22%5BJournal%5D)">On the selection of optimum Savitzky-Golay filters.</a> IEEE Transactions on Signal Processing. 61, 380-391 (2013).</li>
<li>Cheny, J., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extravagant+viscoelastic+effects+in+the+Worthington+jet+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Newtonian+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Extravagant viscoelastic effects in the Worthington jet experiment.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 67, 125-135 (1996).</li>
<li>Castillo-Orozco, E., Davanlou, A., Choudhur, P. K., Kumar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+impact+on+deep+liquid+pools%3A+Rayleigh+jet+to+formation+of+secondary+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Droplet impact on deep liquid pools: Rayleigh jet to formation of secondary droplets.</a> Physical Review E. 92, (2015).</li>
<li>Aristoff, J. M., Truscott, T. T., Techet, A. H., Bush, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+water+entry+cavity+formed+by+low+bond+number+impacts%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The water entry cavity formed by low bond number impacts.</a> Physics of Fluids. 20, 091111(2008).</li>
<li>Aristoff, J., Bush, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+small+hydrophobic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of small hydrophobic spheres.</a> Journal of Fluid Mechanics. 619, 45-78 (2009).</li>
<li>Aristoff, J., Truscott, T., Techet, A., Bush, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+water+entry+of+decelerating+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The water entry of decelerating spheres.</a> Physics of Fluids. 22, (2010).</li>
<li>Truscott, T., Epps, B., Techet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsteady+forces+on+spheres+during+free-surface+water+entry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Unsteady forces on spheres during free-surface water entry.</a> Journal of Fluid Mechanics. 704, 173-210 (2012).</li>
<li>Truscott, T. T., Epps, B. P., Belden, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+projectiles%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of projectiles.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 46, 355-378 (2013).</li>
<li>Gekle, S., Gordillo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+and+breakup+of+Worthington+jets+after+cavity+collapse+part+1%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Generation and breakup of Worthington jets after cavity collapse part 1.</a> Journal of Fluid Mechanics. 663, 293-330 (2010).</li>
<li>Cross, R., Lindsey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+drag+force+on+a+falling+ball%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Measuring the drag force on a falling ball.</a> The Physics Teacher. 169, (2014).</li>
<li>Cross, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertical+impact+of+a+sphere+falling+into+water%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Vertical impact of a sphere falling into water.</a> The Physics Teacher. , 153(2016).</li>
<li>Dickerson, A. K., Shankles, P., Madhavan, N., Hu, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mosquitoes+survive+raindrop+collisions+by+virtue+of+their+low+mass%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (25), 9822-9827 (2012).</li>
<li>Dickerson, A. K., Shankles, P., Hu, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raindrops+push+and+splash+flying+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Raindrops push and splash flying insects.</a> Physics of Fluids. 26, 02710(2014).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

Este protocolo descreve o desenho experimental e práticas recomendadas para investigações de esferas em queda livre em uma piscina de líquido no fundo. Começamos destacando etapas necessárias para configurar o experimento para impactos verticais. É importante criar um ambiente de respingo ideal com o uso de uma zona de respingo suficientemente grande tal que efeitos de parede são negligenciáveis9e uma escala visual apropriada para a extração de cinemática12,<sup ...

A caracterização da dinâmica de respingo decorrentes de impactos verticais de objetos sólidos em um líquido no fundo da piscina1 é aplicável ao militares, navais e industriais aplicações tais como mísseis balísticos água entrada e mar superfície desembarque2, 3,4,5. Os primeiros estudos de entrada de água foram realizados bem há mais de um século de6,7. Aqui, podemos estabelecer protocolos claros em profundidade e melhores práticas para alcançar resultados consistentes para investigações de entrada de água. Para auxiliar o delineamento experimental válido, um método é apresentado para a manutenção das condições sanitárias, alteração das condições interfaciais, controle dos parâmetros adimensionais, modificação química da superfície do pêndulo e visualização de cinemática de respingo.
Impactos verticais das esferas de hidrófilo em queda livre sobre o fluido quiescente não mostram nenhum sinal de ar-armadilha em baixa velocidades8. Achamos que a colocação de tecidos penetráveis finas em cima da superfície do fluido provoca formação de cavidade devido ao fluxo forçado de separação1. Uma quantidade insuficiente de tecido na superfície amplifica espirrando em toda uma gama de números moderados de Weber, enquanto camadas suficientes atenua espirrando como esferas superar arraste no fluido de entrada1. Neste artigo, vamos explicar os protocolos adequados para estabelecer os efeitos de força material sobre a entrada de água das esferas hidrofílicas.
Cavidade formando salpicos de hidrofóbicos pêndulos mostram a ascensão de uma coroa de respingo bem desenvolvido, seguido da saliência do jato principal elevada acima da superfície, quando comparados com suas contrapartes de água-gosto8. Aqui, apresentamos uma abordagem para alcançar a repelência de água a modificar quimicamente a superfície hidrofílica esferas.
Com o advento de câmeras de alta velocidade, caracterização e visualização de respingo tornaram-se mais atingíveis. Mesmo assim, as normas estabelecidas no campo chamam para o uso de uma única câmera ortogonais ao eixo principal da viagem. Nós mostramos que o uso de uma câmera de alta velocidade adicional para vistas aéreas é necessário para julgar esferas strike a localidade pretendida.

<table><tbody><tr><td>Impressora 3D</td><td>FlashForge</td><td>Creator Pro</td><td>Dual Extrusão</td></tr><tr><td>Álcool</td><td>Swan</td><td>M314</td><td>99% Isopropil</td></tr><tr><td>BNC Cabos</td><td>Thorlabs</td><td>2249-C-24</td><td></td></tr><tr><td>Caliper</td><td>Anytime Tools</td><td>203185</td><td>Dial</td></tr><tr><td>Camera</td><td>Photron</td><td>Mini AX-100</td><td>16GB Ram</td></tr><tr><td>Computador</td><td>Dell</td><td>Windows 7 Pro</td><td></td></tr><tr><td>Tecido</td><td>Georgia Pacific</td><td>19378</td><td>Tecido de papel higiênico</td></tr><tr><td></td><td>Tecido Kleenex</td><td>10036000478478</td><td></td></tr><tr><td>Tissue Cortador a laser</td><td>Glowforge</td><td>Basic</td><td></td></tr><tr><td>Lights</td><td>GS Vitec</td><td>LT-V9-15</td><td>Microscópio Multi-LED</td></tr> Suporte de retorta <tr><td></td><td>digital</td><td>Keyence</td><td>VHX-900F</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>VWRF08530.083</td><td></td></tr><tr><td>Roteador</td><td>ASUS</td><td>RT-N12</td><td>Off Network</td></tr><tr><td>Ruler</td><td>Westcott</td><td>10432</td><td>Medidor Régua</td></tr><tr><td>Software</td><td>Software de</td> Análise de <td>Vídeo Rastreador</td><td></td></tr> de Código Aberto <tr><td></td><td>Photron</td><td>Fastcam Viewer</td><td>Esfera de Gravação</td></tr><tr>de<td>Vídeo</td><td>Amazon</td><td>8DELSET</td><td>Delrin</td></tr><tr><td>Spray</td><td>Rust-Oleum</td><td></td><td>Surfactante repelente de água</td>274232</tr><tr><td></td><td>Dawn</td><td>37000973782</td><td>sabão líquido</td></tr><tr><td>Surfactante</td><td>USP Kosher</td><td>5 galões</td><td>Glicerina</td></tr><tr><td>Testador de tração</td><td>MTS</td><td>Modelo 42</td><td></td></tr><tr><td>Interruptor de gatilho</td> Tanque de água <td>feito sob medida</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Mr. Aqua</td><td>MA-730</td><td>Vidro não temperado</td></tr></tbody></table>

impactos das esferas em queda livre em um pool profundo líquido com condições de superfície alterado fluido e pêndulo

Impacts of Free-falling Spheres on a Deep Liquid Pool with Altered Fluid and Impactor Surface Conditions

Impactos verticais das esferas na água limpa tenham sido objecto de numerosas investigações de entrada de água, caracterizando a formação de cavidade, respingo coroa ascensão e Worthington jato de estabilidade. Aqui, podemos estabelecer protocolos experimentais para analisar a dinâmica do respingo quando Lisa em queda livre das esferas de molhabilidade variada, massa e diâmetro impacto superfície livre de um pool profundo líquido modificado por finos tecidos penetráveis e surfactantes líquidos. Investigações de entrada de água fornecem experiências acessíveis, facilmente montadas e executadas para estudar a complexa mecânica dos fluidos. Aqui apresentamos um protocolo ajustável para caracterizar a altura inicial, métricas de separação de fluxo e cinemática do pêndulo e resultados representativos que podem ser adquiridos se reproduzindo nossa abordagem. Os métodos são aplicáveis quando dimensões respingo característicos permanecem abaixo de aproximadamente 0,5 m. No entanto, este protocolo pode ser adaptado para maiores alturas de lançamento do pêndulo e as velocidades de impacto, que um bom augúrio para traduzir resultados naval e aplicações industriais.

Isto estabeleceu protocolos permitem para a observância dos jatos Worthington decorrentes de impactos verticais sobre números uma gama de Weber <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq5.jpg"> como visto na Figura 2C. Estes resultados estão publicados no Watson et al1, que pode ser referenciado para as condições experimentais exatas usadas para produzir os dados aqui apresentados. Focalizamos o filme alongado estreito ...

Este protocolo demonstra a configuração básica experimental para experimentos de entrada de água com esferas em queda livre. Métodos para a alteração da superfície líquida com tecidos penetráveis, a preparação das esferas quimicamente não-umectante e passos para a extração de dados e visualização de respingo são discutidos.

Impactos das esferas em queda livre em um Pool profundo líquido com condições de superfície alterado fluido e pêndulo

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ...

Este protocolo demonstra experimentos de injeção de água com esferas de queda livre. São discutidas as alternâncias de superfícies líquidas com tecidos penetrados, a preparação de produtos químicos em esferas emergentes, a visualização de respingos e a extração de dados. Essas técnicas fornecem uma visão da dinâmica fundamental dos fluidos, voltada para a compreensão das interações interfaciais entre objetos sólidos e corpos fluidos.Demonstrando o procedimento estarão Joshua Bom e Jeremy Stephen, estudantes de graduação de Alberta. Use luvas de nitrito de grau industrial durante todo este procedimento para evitar contaminar a água e os impactos com óleos de pele. Para começar a limpar completamente o tanque transparente com água da torneira e detergente.Em seguida, encha-o com 32 litros de água da torneira. Limpe duas métricas com álcool isopropílico de 99% e deixe-as secar por um minuto. Monte uma régua de frente para a frente do tanque com a base apenas tocando a água.Conserte a segunda régua verticalmente debaixo d'água. Em seguida, proteja uma plataforma articulada sobre o tanque para que a plataforma esteja dentro do mesmo plano de profundidade que a régua de água acima em relação à frente do tanque. Ajuste a plataforma para a altura máxima desejada de queda, em seguida, conecte uma luz multi LED a um braço articulador e posicione a luz acima e na frente do tanque para iluminar totalmente a zona de respingo sob a plataforma.Coloque uma tela preta na parte de trás do tanque para ajudar com a visualização de respingos e cavidades. Coloque um absorvedor de choque livre de óleo limpo, como uma esponja de célula fechada na parte inferior do tanque e segure-o no lugar com pesos limpos. Em seguida, monte uma câmera de alta velocidade voltada para o tanque em linha com a superfície do fluido.Conecte um interruptor de gatilho à câmera, se desejar. Conecte a câmera a um computador e configure a câmera para uma taxa de quadros de pelo menos 1.000 quadros por segundo. Escolha a resolução desejada e defina a velocidade do obturador para uma por segundo emoldurada.Se aplicável, defina o modo de acionamento para End. Em seguida, limpe uma pequena colher e esferas de metanol de polióxido com 99% de álcool isopropílico para remover óleos de pele e outros contaminantes. Deixe as esferas e colher secar por um minuto.Testes de teste pré-forma e ajuste a posição, foco e resolução da câmera para alcançar a qualidade ideal de visualização para o evento splash. Em seguida, recupere as esferas com uma colher e limpe as esferas e colher com álcool isopropílico. Quando estiver pronto para começar o experimento comece a filmar o tanque.Levante a plataforma da dobradiça no lugar e descanse uma esfera seca limpa na plataforma. Solte a base da plataforma para jogar a esfera no tanque. Em seguida, pare de filmar, salve o arquivo de vídeo e corte o vídeo para mostrar apenas o evento de respingo.Quando estiver pronto para prosseguir para o próximo teste, recupere a esfera com o furo. Limpe a esfera com álcool isopropílico e deixe secar por um minuto antes de repetir o teste. Quando o experimento terminar, esvazie o tanque e deixe-o secar.Para preparar tecidos penetráveis para o teste, separe os tecidos desejados em plies quadrados ou redondos e use pinças Vernier para medir a espessura compactada do tecido seco. Ao configurar o experimento, monte uma segunda câmera de alta velocidade sobre o tanque para fornecer uma visão superior para baixo da esfera impactando o tecido. Conecte as saídas horizontais da câmera aos terminais de entrada da câmera aérea com cabos BNC.Conecte um interruptor de gatilho à câmera horizontal. Em seguida, use cabos Ethernet para conectar ambas as câmeras a um roteador offline conectado ao computador da câmera. Concentre-se e configure ambas as câmeras como de costume.Quando estiver pronto para pré-formar o experimento, descanse suavemente o tecido seco na superfície do líquido no tanque. Assegure-se de que o tecido não comece a afundar antes do início do julgamento. Use uma colher limpa e livre de óleo para posicionar o tecido abaixo da plataforma articulada.Use o interruptor de gatilho para iniciar simultaneamente a filmagem da zona de respingo com ambas as câmeras antes de configurar a colisão. Remova o tecido imediatamente após a colisão. Se os fragmentos de tecido sobre o impacto e os arranhões não puderem ser coletados manualmente vazios e limpar o tanque após cada ensaio para garantir que todo o tecido seja removido.Para começar a preparar esferas quimicamente hidrofóbicas, coloque uma esfera de mentol de polióxido em um suporte acrílico. O posicionamento das esferas para um revestimento superficial é o aspecto mais difícil deste protocolo. O posicionamento é controlado com folhas acrílicas de camada que têm furos ligeiramente mais largos do que as esferas.Pulverize a esfera com uma camada de base hidrofóbica de cerca de 15 a 30 centímetros de distância sem absorver a superfície da esfera. Em seguida, pulverize a esfera com o casaco de topo hidrofóbico de cerca de 15 a 30 centímetros de distância sem encharcar a superfície e deixá-la secar por um a dois minutos. Aplique mais dois ou três revestimentos superiores da mesma forma.Deixe a esfera secar por 30 minutos para uso leve ou cerca de 12 horas para uso completo. Ao pré-formar testes de impacto deixe a esfera secar completamente após cada ensaio, em vez de enxaguar-a com álcool isopropílico. O revestimento hidrofóbico se degradará após cerca de 20 ensaios.Para reutilizar esta esfera remova o revestimento com 99% de álcool isopropílico e reaplique a base e os casacos superiores como descrito anteriormente. Para iniciar a análise importe um vídeo de alta velocidade de evento splash em um software de análise de vídeo. Use as ferramentas de dimensionamento para definir o valor de escala em centímetros com base na área visível da régua.Avance pelo vídeo para encontrar um quadro adequado mostrando ascensão da coroa de respingos e armadilha de ar. Meça a altura da coroa de respingo, a largura da cavidade e a profundidade da cavidade. Use a ferramenta de medição de ângulo para determinar o ângulo de separação.Avance ainda mais no vídeo para encontrar um quadro adequado mostrando a formação do Jato worthington e medir a altura do Jato worthington. Por fim, use o recurso de rastreamento automático para extrair posição temporal e data de velocidade para o impactor. Se o rastreamento for interrompido, use o rastreamento manual até que o rastreamento automático possa ser retomado.Aqui este procedimento foi utilizado para avaliar os efeitos do tecido no respingo de impactos verticais. A altura do respingo com uma ply foi amplificada em relação à altura do respingo sem tecido. A altura do respingo com dois plies era aproximadamente equivalente à altura do respingo sem tecido.O respingo foi fortemente atenuado com três e quatro plies. Variação mínima foi observada entre os números de Weber para profundidade de cavidade, altura do solo de respingo e largura da cavidade de esferas que impactam uma única ply de tecido. As esferas posições verticais foram rastreadas debaixo d'água permitindo a observação de maiores reduções na velocidade subaquática a cada acolchoado de tecido.Os investigadores devem prestar muita atenção à manutenção das condições experimentais sanitárias durante o experimento para obter resultados consistentes e válidos. Esta técnica não se restringe aos materiais aqui apresentados e pode estar empreendendo com materiais de funcionalidades e capacidades semelhantes. Com a introdução de um reservatório elevado, como uma seringa, este procedimento pode ser aumentado para investigações dos impactos verticais das gotículas líquidas em superfícies sólidas ou líquidas.Este protocolo também pode ser pré-formado em uma escala maior para velocidades de impacto genéricas e uma faixa de aumento de parâmetros adimensionais que tudo vai bem para aplicações navais e industriais.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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