مغناطيسيا المستحثة الدوارة رايلي تايلور عدم الاستقرار

Abstract

وتشمل التقنيات الكلاسيكية للتحقيق في عدم الاستقرار رايلي تايلور باستخدام الغازات المضغوطة ^{1، 2} الصواريخ أو المحركات الكهربائية الخطية ³ لعكس الاتجاه الفعلي للخطورة، وتسريع السائل أخف نحو السائل أكثر كثافة. مؤلفين آخرين ^{مثل 4، 5،} وفصل ⁶ من الطبقات غير مستقر الجاذبية بحاجز أن تتم إزالة لبدء التدفق. ومع ذلك، فإن واجهة الأولية مكافئ في حالة وجود الطبقات الدورية تفرض صعوبات فنية كبيرة تجريبيا. ونود أن تكون قادرة على زيادة ونقصان، حتى الطبقية في دوران جسم صلب، وعندها فقط بدء تدفق من أجل تحقيق آثار تناوب على عدم الاستقرار رايلي تايلور. النهج الذي اعتمدناه هنا هو استخدام الحقل المغناطيسي للالمغناطيس فائق التوصيل للتلاعب وزن فعال من السائلين لبدء التدفق. نخلق مستقرة الجاذبية الطبقات اثنين من طبقة باستخدام تقنيات تعويم القياسية. الطبقة العليا هي أقل كثافة من طبقة أقل وبالتالي فإن النظام هو رايلي تايلور مستقرة. ثم يتم نسج متابعة هذه الطبقات حتى كل من طبقات هي في دوران جسم صلب ولوحظ واجهة مكافئ. هذه التجارب استخدام السوائل مع القابلية المغناطيسية منخفضة، و| χ | ~ 10 ^-6 - 10 ^-5، مقارنة السوائل الممغنطة. تأثير مهيمن من المجال المغناطيسي ينطبق هيئة لقوة كل طبقة تغيير وزن فعال. الطبقة العليا هي ضعيفة ممغطس في حين أن الطبقة السفلى هي diamagnetic ضعيف. عند تطبيق مجال مغناطيسي، وصدت الطبقة السفلى من المغناطيس بينما ينجذب الطبقة العليا نحو المغناطيس. ويتحقق الاستقرار رايلي تايلور مع تطبيق مجال مغناطيسي التدرج عالية. لاحظنا كذلك أن المؤتمر الوطني العراقيreasing اللزوجة الديناميكية من السائل في كل طبقة، ويزيد من طول نطاق عدم الاستقرار.

Introduction

وهناك نظام السوائل كثافة طبقية تتكون من طبقتين يمكن ترتيبها في حقل الجاذبية في إما ثابتة أو تكوين غير مستقر. إذا كانت طبقة كثيفة ثقيلة ترتكز على أقل كثافة، طبقة خفيفة ثم نظام مستقر: الاضطرابات إلى واجهة مستقرة، استعادة عن طريق الجاذبية، ويمكن دعم موجات على الواجهة. إذا كانت طبقة ثقيلة يعلو طبقة خفيفة ثم نظام غير مستقر والاضطرابات لتنمو واجهة. عدم الاستقرار هذا السائل الأساسي هو عدم الاستقرار رايلي تايلور ^{7 و 8.} بالضبط نفس عدم الاستقرار يمكن ملاحظتها في أنظمة غير الدورية التي المتسارع نحو طبقة أثقل. ونظرا لطبيعة الأساسية من عدم الاستقرار لوحظ في عدد كبير جدا من التدفقات التي تختلف أيضا إلى حد كبير من حيث الحجم: من نطاق صغير الظواهر رقيقة ⁹ إلى ميزات على نطاق والفيزياء الفلكية لاحظ، على سبيل المثال، سديم السرطانEF "> 10، حيث لوحظ هياكل تشبه الاصبع، تم إنشاؤها بواسطة الرياح النجم النابض تتسارع من خلال بقايا السوبرنوفا أكثر كثافة. وهو سؤال مفتوح حول كيفية عدم الاستقرار رايلي تايلور يمكن السيطرة عليها أو أثرت مرة واحدة وكانت الفرق كثافة غير مستقر الأولي أنشئت في واجهة. واحد الاحتمالات هو أن تنظر دوران الجزء الأكبر من النظام. والغرض من هذه التجارب هو دراسة تأثير الدوران على النظام، وإذا كان هذا قد يكون طريقا لتحقيق الاستقرار.

ونحن نعتبر نظام السوائل التي تتكون من اثنين من طبقة الطبقية غير مستقر الجاذبية التي تخضع لدوران مستمر حول بالتوازي مع محور لاتجاه الجاذبية. والاضطراب إلى اثنين من طبقة كثافة الطبقات غير مستقر يؤدي إلى توليد baroclinic من الدوامي، أي قلب، في واجهة، وتميل إلى تفكك أي الهياكل العمودية. ومع ذلك، لا يعرف السائل الدورية لتنظيم نفسها في متماسك الحادي والرأسيructures تتماشى مع محور الدوران، ما يسمى ب "تايلور الأعمدة ^11. ثم نظام قيد التحقيق يخضع المنافسة بين أثر في تحقيق الاستقرار للدوران، وهذا هو تنظيم تدفق في الهياكل العمودية ومنع طبقتين قلب، وتأثير مزعزع للاستقرار من السائل كثافة تغمر أخف السوائل التي يولد حركة الانقلاب في واجهة . مع زيادة معدل دوران قدرة طبقات السوائل لنقل شعاعيا، مع شعور معاكس لبعضها البعض، من أجل إعادة ترتيب أنفسهم في تكوين أكثر استقرارا، هو تحول نحو متزايد من قبل نظرية تايلور برودمان ^{12، 13:} يتم تقليل حركة شعاعي والهياكل احظ أن تتحقق مع تطور حالة عدم الاستقرار هي أصغر في الحجم. تين. 1 يبين نوعيا تأثير الدوران على الدوامات التي تشكل مع تطور حالة عدم الاستقرار. في الصورة اليد اليسرى لا يوجد دوران وتدفق هو تقريب الدورية غير رايلي تايلور عدم الاستقرار الكلاسيكية. في صورة اليد اليمنى جميع المعلمات التجريبية هي مطابقة للصورة اليد اليسرى إلا أن النظام يتم استدارة حول محور عمودي تتماشى مع مركز للدبابات. ويمكن أن ينظر إلى أن تأثير دوران هو تقليل حجم الدوامات التي يتم تشكيلها. وهذا، بدوره، يؤدي إلى عدم الاستقرار الذي يتطور ببطء أكثر من نظيره غير الدورية.

يمكن اعتبار الآثار المغناطيسية التي تعديل موتر الإجهاد في السائل كما تعمل في نفس الطريقة المتبعة في مجال الجاذبية تعديلها. لذلك نحن قادرون على خلق الطبقية مستقر الجاذبية وتدور ليصل إلى دوران جسم صلب. القوات الجسم المغناطيسية الناتجة عن فرض المجال المغناطيسي الانحدار ثم تحاكي تأثير على تعديل مجال الجاذبية. وهذا يجعل واجهة غير مستقر لدرجة أن النظام بهاء السوائلفيس، لتقريب جيد، وعدم الاستقرار رايلي تايلور الكلاسيكية تحت التناوب. وقد حاول هذا النهج سابقا في بعدين دون تناوب ^{14 و 15.} ونظرا لحقل مغناطيسي التدرج تطبيقها مع بفعل المجال المغناطيسي B، طبقت قوة الجسم إلى السوائل من ثابت المغناطيسي χ حجم التعرض كتبها f = غراد (χ ب ² / μ _0)، حيث B = | B | وμ ₀ = 4π × 10 ^-7 NA ^-2 هو النفاذية المغناطيسية للفي الفضاء الحر. ولذلك قد نعتبر المغناطيس لمعالجة الوزن الفعال لكل طبقة السائل، حيث يتم إعطاء وزن فعال في وحدة الحجم من السائل من ρ كثافة في حقل الجاذبية قوة ز كتبها ρ ز - χ (∂ ب ² / ∂ ض ) / (2 μ _0).

Protocol

ملاحظة: يتم عرض الجهاز التجريبي تخطيطي في الشكل. 2. الجزء الرئيسي من الجهاز يتكون من منصة دوارة (300 ملم × 300 ملم) التي شنت على اسطوانة نحاسية (55 مم) أن ينزل تحت وزنه في حقل مغناطيسي قوي من المغناطيس فائق التوصيل (1.8 T) مع غرفة درجة الحرارة تتحمل العمودي. ويتكون النظام الأساسي للتدوير عن طريق محرك خارج المحور الذي يحول الانزلاق واضعة مع فتحة ثقب المفتاح. ويرد اسطوانة نحاسية لحملة رمح على شكل مفتاح التي تدور في وقت واحد، وينزل مرة واحدة تتم إزالة عقد دبوس.

1. إعداد المعدات غير القياسية

1. قارب تعويم
   1. جعل حجم القارب بحيث يلائم بشكل مريح داخل خزان التجريبية دون لمس الجانبين.
      ملاحظة: قارب تعويم (انظر الشكل 3) ويتكون من جدران البوليسترين وقاعدة الاسفنج.
   2. حماية الإسفنج مع طبقة من شارعالمناديل الورقية رونغ.
      ملاحظة: الغرض من المناديل الورقية هي لتبديد الكثير من الزخم الرأسي من السائل تصب في قارب وقت ممكن.

2. إعداد تجربة

1. إعداد طبقات السائل
   1. السماح الماء المقطر ليأتي إلى درجة حرارة المختبر (22 ± 2 درجة مئوية). تقريبا مطلوب 650 مل لكل تحقيقا تجريبيا.
      ملاحظة: السماح للخليط للتوازن يمنع تشكيل فقاعات في التجربة بسبب exsolving الهواء.
   2. فصل الماء المقطر إلى أحجام متساوية في حاويتين منفصلة، A و B، والتي سيتم استخدامها لإعداد وسائل لانخفاض طبقة كثيفة والطبقة العليا الخفيفة على التوالي.
   3. إعداد خارج الموقع من الطبقة السفلى الكثيفة. لمحتويات الحاوية A:
      1. إضافة كلوريد الصوديوم إلى تحقيق تركيز 0.43 مول كلوريد الصوديوم لكل لتر من الماء (حوالي 25 غرام من كلوريد الصوديوم لكل لتر منسوف تكون هناك حاجة المياه)؛
      2. إضافة الأصباغ تتبع الماء 0.33 جم الحمراء والزرقاء إلى الحاوية الطبقة السفلى (على سبيل المثال، كول، Parmer 00295-16 و-18)؛
      3. إضافة 0.1 ز L ^-1 الصوديوم فلوريسئين.
         ملاحظة: إن الطبقة السفلى يكون الآن يكون غير شفاف في المظهر ولديها كثافة حوالي 1012.9 ± 1.2 كيلو متر ^-3.
   4. إعداد السابقين الموقع من الطبقة العليا الخفيفة. لمحتويات الحاوية ب:
      1. إضافة MnCl ₂ الملح لتحقيق تركيز 0.06 مول MnCl ₂ لتر من الماء (حوالي 12 غرام من MnCl ₂ لتر من الماء).
         ملاحظة: الطبقة العليا تكون شفافة في المظهر ولديها كثافة حوالي 998.2 ± 0.5 كيلو متر ^-3.
   5. تختلف اللزوجة من طبقات السوائل، إضافة الجلسرين C ₃ H ₈ O ₃ في كميات متساوية إلى كل طبقة حتى يتحقق اللزوجة المطلوبة. viscositie نموذجيةالصورة تكمن في نطاق 1.00 × 10 ^-3 - 21.00 × 10 ^-3 باسكال الصورة. اللزوجة من كل طبقة هي نفسها.
      ملاحظة: هذا المزيج يمكن تخزينها بأمان في عبواتها منفصلة حتى المطلوبة.
   6. إعداد السابقين الموقع من الطبقات كثافة.
      1. إضافة 300 مل من محتويات الحاوية وإلى الخزان الداخلي أسطواني (انظر الشكل 2).
      2. تزج الإسفنج القارب التعويم في السائل من حاوية (ب).
         ملاحظة: بعد (2.1.6.2) هذا الإجراء هو وقت حساس، لذلك لا القيام بأي خطوات أخرى حتى عن المغناطيس والإضاءة والتسجيل والآليات الميكانيكية على استعداد.
      3. رفع القارب تعويم خارج الحاوية B، وعندما توقف ذلك نازف، وضع بعناية القارب التعويم على أعلى طبقة من السائل الكثيف في خزان أسطواني الداخلي.
      4. البدء في إضافة طبقة خفيفة السائل من حاوية وباء لقارب تعويم بمعدل تدفق3 مل / دقيقة. زيادة تدريجيا هذا معدل التدفق كما القارب تعويم يرفع بعيدا عن واجهة بين طبقتين. الحفاظ على بطء معدل التدفق بما فيه الكفاية أن واجهة غير منزعجة من زيادة زخم تدفق السوائل، ولكن بسرعة كافية أن هذه العملية لا تستغرق أكثر من 20 دقيقة. حافظ على ملء حتى تحتوي الطبقة العليا 320 مل من السوائل.
         ملاحظة: إن الطبقة السفلى تكون على عمق حوالي 33 ملم، وسوف الطبقة العليا تكون على عمق حوالي 39 ملم.
      5. انخفاض بعناية غطاء سيت في الطبقة العليا بحيث أعماق طبقة كل طبقة على قدم المساواة. تسمح السائل وبتدفق الهواء عبر الثقوب تنزف، وضمان أن لا الهواء محاصرين تحت. مراقبة طبقة (حوالي 6 ملم) من الواضح السائل ضوء طبقة على رأس غطاء سيت.
         ملاحظة: إذا كانت عملية ناجحة سيكون هناك طبقتين من السائل متساوية في العمق مع واجهة حادة بينهما. وسمك طبقة نشر في واجهة يكون أقل من 2 مترم في هذه المرحلة.
   7. ملء الخزان الخارجي مع الماء المقطر واضحة إلى ارتفاع 6 مم فوق غطاء سيت من الخزان الداخلي. عند اطلاعه على الساحة على لن يكون هناك المنظر التي يسببها انحناء الناتجة عن خزان أسطواني الداخلي.
      ملاحظة: منذ السوائل في كل طبقة ونزع فتيله باستمرار عبر واجهة في هذه المرحلة، الشروع فورا في الخطوات التالية.
2. تدور المتابعة من الطبقات
   1. وضع خزان التجريبية على المنصة.
   2. وضع ترتيبات مع اسطوانة نحاسية في تجويف من المغناطيس، حملة رمح من خلال فتحة ثقب المفتاح في المسار ودبوس عقد في الموقف. تأكد من أن خزان بعيدا (60 سم) من المغناطيس بحيث القوى المغناطيسية على السوائل لا تكاد تذكر في هذا الموقف.
      ملاحظة: حمل خزان التجريبية التي تحتوي على الطبقات تقدم بعض الصعوبات. طويلة، السعة المنخفضة، مجموعة موجات الخوض تصل عن طريق المشي مع الوه خزان تسوس بعيدا، وجود تأثير يذكر على جودة واجهة تحقيقه عندما تطفو على الطبقة العليا على.
   3. تشغيل المحرك، وزيادة معدل الدوران في 0.002 راد ق ^-2، والغزل والمتابعة السائل لمعدل دوران المطلوب. لمعدلات الدوران في ¹⁶ كانت المرة تدور المتابعة من أجل 20 دقيقة - 60 دقيقة.
      وكانت أسرع معدل دوران تستخدم 13.2 راد ق ^-1: ملاحظة.

3. تنفيذ تجربة

1. تأكد من أن المغناطيس مما يدل على قوة مجال 1.2 T، وذلك في الارتفاع الذي بدأ عدم الاستقرار التدرج المجال هو (غراد ب ²⁾ / 2 = -14.3 تي ² م ^-1، حيث B هو الحث المغناطيسي .
2. تأكد من أن كاميرا فيديو تم ترتيب هذا أنه عندما حملة رمح هو في أدنى موقفها إما عرض الجانب من التجربة هو في التركيز، أو طريقة عرض الخطة في التركيز من خلال رر مرآةماجد فوق التجربة.
3. ضمان الإضاءة المحيطة هي على المستويات الصحيحة، مثل أن أيا من الصورة التي تم التقاطها بواسطة الكاميرا مشبعة، ولكن أن يتم استخدام استجابة كاملة (شدة تدرج الرمادي في نطاق 0-255).
4. بدء تسجيل الفيديو (240 إطارا في الثانية). استخدام جهاز التحكم عن بعد لمنع تحريك الكاميرا أثناء تشغيل وظيفة تسجيل.
5. إزالة دبوس عقد، والسماح للدبابات لينزل، في حين تناوب، في المجال المغناطيسي.

4. إعادة تجربة

1. إعادة تعيين تلاعب التجريبي
   1. استخدام جهاز التحكم عن بعد لوقف تسجيل الفيديو.
   2. حفظ ملف الفيلم على القرص.
   3. من جهة، وانخفاض الجهد للمحرك بحيث يؤدي إلى إبطاء إلى طريق مسدود. تنفيذ هذا تدريجيا وذلك لمنع انسكاب.
   4. إزالة ترتيب التجريبية من المغناطيس.
   5. التخلص من طبقات السائل مختلطة بشكل مناسب (انظر المنغنيز كلوريد Tetrahydrate MSDS).
   6. شطف الخزان بالماء (عليهلا تحتاج إلى المقطر)، حتى يتم غسلها كل أثر للأملاح بعيدا. تجنب ملامسة الجلد المباشر مع السوائل.
   7. تجفيف خزان بعناية مع المناديل الورقية لضمان عدم وجود بقايا ويترك التي قد تلوث تجارب لاحقة.

تجهيز 5. صورة

1. استخراج الصور الفردية من كل إطار الفيلم، وحفظ في ضياع بابوا نيو غينيا شكل. قناع من أي من المناطق غير المرغوب فيها من كل إطار، على سبيل المثال منصة أو اسطوانة نحاسية.
2. حساب ثنائية الأبعاد وظيفة لصناعة السيارات في ارتباط ¹⁶ من كل إطار على الصورة ل2 ثانية بعد الشروع في عدم الاستقرار باستخدام فورييه السريع منفصلة تحويل. تسجيل الحد الأدنى، يعني، والحد الأقصى لقيمة الطول الموجي لوحظت في معدل دوران التجربة واللزوجة من السوائل طبقات.

Representative Results

تين. 4 يظهر تطور عدم الاستقرار رايلي تايلور في مجال التفاعل بين السوائل اثنين، لمدة أربعة مختلفة معدلات الدوران: Ω = 1.89 راد ق ^-1 (الصف العلوي)، Ω = 3.32 راد ق ^-1، Ω = 4.68 راد ق ^{- 1،} وΩ = 8.74 راد ق ^-1 (الصف السفلي). يظهر واجهة متطورة في وقت من ر = 0 ق (العمود الأيسر) مع زيادات من 0.5 الصورة إلى t = 3.0 ثانية (العمود الأيسر). وبالتالي يمثل العمود الأيمن 0.90، 1.59، 2.23، 4.17 و الثورات كاملة على التوالي من أعلى إلى الصف السفلي.

في أوقات مبكرة (ر ~ 0.5-1.0 الصورة) الاضطراب إلى واجهة يمكن أن ينظر الذي يسلك نطاق طول المهيمن. هياكل تذكر من لفات الحراري تشبه الثعابين ¹⁷ يمكن ملاحظتها. وعلى الرغم من وسط خزان أصبح غير مستقر أولا لا يوجد اضحةبدء في وسط دبابة. عدم الاستقرار، لتقريب جيد، وبدأت عبر مدى كاملة من الخزان. (في أعلى معدل دوران بعض التفكير من تلاعب الإضاءة يمكن ملاحظتها، وهذا أمر لا مفر منه مع التكوين تنفيذها ويحدث نتيجة لانحناء سطح خال من السائل فوق غطاء خزان).

ومن الواضح أنه مع زيادة في معدل دوران، يقلل من عدم الاستقرار لوحظ في مقياس طول. في انخفاض معدلات دوران المسارات التي تتبعها هياكل اضطراب الأولية لها الانحراف شعاعي كبير، التعرجات في اتجاه مركز للدبابات ومرة ​​أخرى إلى الجدران الجانبية مرة أخرى. في أدنى معدلات دوران عدم الاستقرار هو أكثر الخلوي من اعوج. كما ارتفع معدل دوران لم يعد لوحظ اضطراب الأولي الخلوي ويظهر مثل اعوج هيكل أكثر. مع زيادة دوران معدل عرض هذه هيكلالصورة النقصان. ويمكن أيضا أن لوحظ أن كمية التعرجات شعاعي يقلل أيضا. ويمكن أن يرى ذلك، لمعدلات دوران أظهرت وعدم الاستقرار يتطور شعاعيا لأول مرة مع الاضطرابات السمتي أصبحت أكثر وضوحا مع تطور الزمن. وبحلول الوقت t ≈ 3.0 ق أنه من الصعب التمييز التي نشأت الهياكل بسبب شعاعي أو اضطراب السمتي.

الملاحظة الرئيسية من الصور هو أن مقياس طول الملحوظ للهياكل أصغر لأكبر معدلات دوران. يمكننا أيضا أن نرى قوة تقنية في أن عدم الاستقرار لا تتطور من ورقة دوامة إنشاؤها بواسطة قفل الإزالة.

تين. يظهر 5 صور من سلسلة من التجارب الحفاظ على معدل دوران ثابت (Ω = 7.8 ± 0.1 راد ق ^-1)، ولكن بدرجات لزوجة السوائل. نسبة اللزوجة من كل طبقة مقارنة رس لزوجة الماء، μ / مللي واط، يختلف من 1.00 (الصف العلوي) إلى 20.50 (الصف السفلي) والوقت من كل صورة تختلف من ر = 0 ق (العمود الأيسر) إلى t = 1.5 ثانية (العمود الأيمن). ومن الواضح أن ما يتم زيادة اللزوجة من طبقتين الزيادات مقياس طول الملاحظة. في أكثر الحالات لزجة يظهر مقياس طول الملحوظ حوالي 18 ملم مقارنة مع 6 ملم طول النطاق التي لوحظت في أقل الحالات لزجة. ويمكن أيضا أن ينظر إليه على أنه في حالة معظم لزجة يبدو أن هناك تأثير جدار قوي. ونلاحظ وجود اتجاه عام من القصير إلى عدم الاستقرار الطول الموجي الطويل كما هو زيادة اللزوجة.

عدم الاستقرار لاحظ لها طول موجي الذي يتغير ببطء في الوقت المناسب والتي نقيس تجريبيا عن طريق السيارات وارتباط كل صورة في الفيلم التجربة. يحسب-ترابط تلقائي من فورييه السريع منفصلة ثنائي الأبعاد تحويل من كثافة الصورة. ضوءمناطق صورة تمثل القمم في عدم الاستقرار، والمناطق الداكنة تشير إلى أحواض. لذا كحد أقصى في صناعة السيارات في الارتباط هو قياس الطول الموجي عدم الاستقرار الذي هو من الأهمية بمكان، إذ إن العلاقة التشتت لعدم الاستقرار رايلي تايلور يدل على أن معدل النمو في وضع معين من عدم الاستقرار يعتمد على طول موجته. تين. يظهر 6 قياسات تمثيلية من الطول الموجي لوحظ من عدم الاستقرار متفاوتة معدلات دوران. ونلاحظ أن مثل معدل دوران يزيد من الطول الموجي لوحظ من عدم الاستقرار يقلل إلى الحد الأدنى من حوالي 6MM لمعدلات دوران أكبر من ما يقرب من 4 راد ق ^-1.

الشكل 1: تأثير النوعي الدوران على عدم الاستقرار رايلي تايلور. الصورة على الجانب الأيسر هي من ط رايلي تايلور عدم الاستقرار تطويرغ نظام غير الدورية. تطور حالة عدم الاستقرار في الوقت المناسب، وتشكيل الدوامات الكبيرة التي نقل (الأخضر) أسفل السائل "كثافة". الصورة على الجانب الأيمن هي من نفس السوائل، وبالتالي نفس الجاذبية / عدم الاستقرار المغناطيسي، ولكن هنا كان النظام الدورية. تأثير دوران يمكن أن ينظر إلى تقييد حجم الدوامات التي تشكل وتحول دون نقل الجزء الأكبر الرأسي من السوائل. الاوقات المعروضة هي 1.92 ق و3.52 ق بعد بدء على الجانب الأيسر والجانب الأيمن يد على التوالي. قطر الخزان 90 ملم، وبلغ معدل دوران في صورة اليد اليمنى 2.38 راد ق ^-1. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: تجريبي مجموعة المتابعة. وقبرصيخزان lindrical يحتوي على طبقتين السائلة. وغطاء سيت يشكل غطاء متين للطبقتين. السائل فوق غطاء يساعد على إزالة الأفكار ووهج من سيت. هي مغمورة خزان أسطواني في الماء المقطر في الخزان الخارجي مستطيل. وتوضع هذه الدبابات على منصة ونسج تصل فوق المغناطيس حيث القوى المغناطيسية تكاد لا تذكر. ونسج منصة بواسطة محرك خارج المركز الدورية ثقب المفتاح على شكل زلة الحمل. لبدء التجربة، ودبوس هو إزالة والتجربة ينزل تحت وزنه في المجال المغناطيسي، وتناوب في وقت واحد. (تم تعديل هذا الرقم من ¹⁶⁾ يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3): التعويم "قارب". اليرصد قارب تعويم بطبقة كثيفة الإسفنج (الصفراء) على الجانب السفلي من الجدران البوليسترين الإلتصاق الساخنة (الرمادي) لتقديم "القارب". وعلى ضوء طبقة السائل العلوي منتشر ببطء من خلال الإسفنج، وتطفو على أعلى من أدنى طبقة كثيفة مع الحد الأدنى من الخلط بين طبقتين. التقسيم الطبقي يمكن زيادة تحسين طريق وضع طبقة من المناديل الورقية (الأزرق) على الجزء العلوي من طبقة الأسفنج لزيادة إمتصاص زخم طبقة الضوء السائل واردة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4: سلسلة من الصور لعدم استقرار وضع من السلسلة الثانية من التجارب مما يدل على تأثير زيادة معدل دوران. معدلات الزيادة دوران من Ω = 1.89 راس ^-1 في الصف العلوي لأوم = 8.74 راد ق ^-1 في الصف السفلي. يتم قياس الاوقات المعروضة من الوقت الذي لوحظ ظهور عدم الاستقرار. يعرض شريط على نطاق ويبلغ طوله 10 سم في الخطوات من 1 سم. قطر دائرة سوداء يمثل طول 10.7 سم. (تم تعديل هذا الرقم من ¹⁶⁾ يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5: سلسلة من الصور التي تبين تأثير تغيير لزوجة السوائل على عدم الاستقرار. تم إصلاح معدل دوران في Ω = 7.8 ± 0.1 راد ق ^-1 لكل تجربة، ومرة يظهر هو على فترات من 1.5. ويظهر في الصف الأوسط من عدم الاستقرار في نظام يحتوي اللزوجة تقريبا8.36 مرات من المياه. في الصف العلوي لزوجة النظام ما يقرب من 20.50 مرات من المياه. ويمكن ملاحظة أن طول المرصود للزيادات نطاق عدم الاستقرار مع زيادة اللزوجة السوائل. يعرض شريط على نطاق ويبلغ طوله 10 سم في الخطوات من 1 سم. قطر الدوائر السوداء يمثل طول 10.7 سم. (تم تعديل هذا الرقم من ¹⁶⁾ يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 6: الطول الموجي الملاحظ المهيمن في بداية عدم الاستقرار. نلاحظ عتبة أدنى لحجم عدم الاستقرار في حوالي 6 مم للجميع معدلات دوران أكبر من ما يقرب من 4 راد ق ^-1. وتشير أشرطة الخطأ الحد الأقصى والحد الأدنى قياسالطول الموجي على أول 2 ثانية بعد الشروع في عدم الاستقرار. (تم تعديل هذا الرقم من ¹⁶⁾ يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

هناك نوعان من الخطوات الحاسمة في البروتوكول. الأول هو 2.1.6.4. إذا طرحت طبقة خفيفة على طبقة كثيفة بشكل سريع جدا ثم يمزج لا رجعة فيه من طبقتين السوائل غير قابلة للامتزاج يحدث. ومن الضروري أن هذا هو تجنب وأن يتم التوصل إلى (<2 مم) واجهة حادة بين طبقتين. الخطوة الثانية الحاسمة هي 3.1.5. إذا تم الإفراج عن التجربة نحو المغناطيس دون أن في دوران جسم صلب أو بدون جهاز التقاط التصور والصورة المتابعة نسج كامل في موقف وعلى أهبة الاستعداد ثم كرر الإجراء (2.1.6).

تكوين طبقات السائل، وقوة الحقل المغناطيسي والأداء الحركي يمكن لجميع التحقق منها قبل بداية لجعل الطبقات (2.1.6). يمكن لذلك معظم الصعوبات العملية يمكن حلها قبل الشروع في أي تجربة معينة. لقد وجدنا اختلاف ضئيل وغير مرغوب فيه في سرعة نزول إلى الميدان المغناطيس ولكن. عادة، ص أسرعتجارب otating تنحدر قليلا ببطء أكثر في حقل مغناطيسي من التجارب يدور ببطء. قد يكون من الضروري تعديل تأثير الانزلاق على الرغم من أننا وجدنا لم تشحيم لا يساعد على التقليل من التباين في سرعة الهبوط. وجدنا أن وضع صغير (غير المغناطيسي) الوزن على منصة مكنتنا من تحقيق سرعات أصل ثابت من 10 ± 1 مم ق ^-1 لجميع التجارب.

القيد الرئيسي للجهاز هو أن المجال المغناطيسي لا يمكن تطبيقها على الفور. يتطلب المغناطيس فائق التوصيل 1-2 ساعات لتنشيط. من الناحية المثالية، حالما يتم نسج المتابعة طبقات السوائل نحن سوف تطبق على الفور حقل مغناطيسي منتظم قوية للدبابات لتحريك عدم الاستقرار. لهذا السبب، في هذه التجربة، تم تخفيض دبابات على سرعة موحدة في المجال المغناطيسي.

وعلى الرغم من ضرورة لخفض التجربة في حقل مغناطيسي، هذه التقنية لديها عدد من المزايا على تأسيسهاأساليب. هذه الطريقة على حد سواء على نحو سلس، على عكس طرق الصواريخ ^2، ولا يحتاج إلى القفل، كما هو الحال مع أساليب LEM ^3، ولكن على عكس وسائل تأمين الإفراج. هذا هو ميزة كبيرة في الدورية تدفق رايلي تايلور مثل نسج متابعة الحالة الأولية للطبقات السوائل لديها واجهة paraboloidal. وعلاوة على ذلك، من خلال عدم وجود قفل يتم تجنب الصعوبات المرتبطة رقة دوامة المنقولة الناجمة عن قفل الإزالة. ونحن نعتقد تجاربنا إلى أن يكون أول تحقيق تجريبي من آثار تناوب على عدم الاستقرار رايلي تايلور.

وقد تم تطوير أسلوبنا بهدف تطبيقات في ميكانيكا الموائع الكلاسيكية حتى الآن. وقد استخدمنا السوائل ممغطس ضعيفة وdiamagnetic لمعالجة الوزن الفعلي الطرود السوائل. لقد، حتى الآن، كان بالتالي قادرة على النظر في الحقل المغناطيسي للأرض وميكانيكا الموائع أن يكون دي يقترن. التوجهات المستقبلية للبحث باستخدام هذه التقنية امبالبريد بالنظر إلى سلوك السوائل الممغنطة وتفاعلها مع الحقل المغناطيسي للأرض في الدورية رايلي تايلور عدم الاستقرار انشاء، حيث هذا دي الإزدواج لم يعد صالحا.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Blue water tracing dye	Cole-Parmer	00295-18
Red water tracing dye	Cole-Parmer	00295-16
Sodium Chloride			>99% purity
Manganese Chloride Tetrahydrate			See MSDS
Fluorescein sodium salt
Magnet	Cryogenic Ltd. London