توصل باحثو بوردو إلى طريقة لحساب لزوجة السطح بمجرد النظر إلى القطرة الممتدة عندما تبدأ في الانكسار. الصور من حساب : صور جامعة بوردو / برايدن واجونر وعثمان باساران
in , ,

يمكن أن تصبح المواد الكيميائية المنبعثة في الهواء أقل خطورة ، وذلك بفضل صيغة الرياضيات المفقودة للقطرات

توصل باحثو بوردو إلى طريقة لحساب لزوجة السطح بمجرد النظر إلى القطرة الممتدة عندما تبدأ في الانكسار. الصور من حساب : صور جامعة بوردو / برايدن واجونر وعثمان باساران

تقوم الطائرات بدون طيار والطائرات الأخرى برش المبيدات بشكل فعال على أميال من المحاصيل ، ولكن الطريقة يمكن أن تلوث البيئة أيضًا إذا كانت الرياح تحمل الرذاذ بعيدًا عن الهدف.

إحدى المشاكل هي صعوبة استخدام قطرات صغيرة لرشاشات المحاصيل الهوائية وطابعات نفث الحبر ومجموعة كبيرة من الآلات الأخرى. مهندسو جامعة بوردو هم أول من توصل إلى صيغة الرياضيات التي كانت مفقودة لقياس خاصية رئيسية لهذه القطرات.

قال عثمان باساران و بيرتون بيرتون أستاذ كاثرين جيدج للهندسة الكيميائية : “هناك العديد من الخصائص التي تؤثر على كيفية تشكل القطرة. واحدة من تلك الخصائص المهمة هي اللزوجة السطحية ، التي كان الناس يجدون وقتًا يحاولون قياسها لأنهم لم يكن لديهم الأدوات للقيام بذلك”.

تحتوي المبيدات الحشرية والمواد الكيميائية الأخرى على إضافات تسمى المواد الخافضة للتوتر السطحي. هذه الجزيئات الخافضة للتوتر السطحي تقاوم بعضها البعض على سطح السائل ، مما يؤدي إلى قوة لزجة تسمى اللزوجة السطحية التي يمكن أن تجعل القطرة أصغر. كلما زادت لزوجة السطح ، كلما كان شكل القطرة أكثر إحكاما.

لقد اكتشف باساران وطلابه طريقة لحساب اللزوجة السطحية بمجرد النظر إلى كيفية تمدد القطرة. تعطي الصورة المأخوذة من القطرة الممتدة عندما تبدأ في الانكسار القيم لوضعها في صيغة رياضية بسيطة توفر قياس لزوجة السطح.

تم وصف الصيغة في ورقة نشرت في مجلة Physical Review Letters. ينهي هذا الاكتشاف سباقًا استمر لعقود من قبل الباحثين حول العالم لجعل اللزوجة السطحية قابلة للقياس. ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين في هذه الورقة هانزول وي وبرايدن واجونر وبريتش كامات.

قال باساران  الذي يدير مركزًا يعمل على حل العلم وراء المشاكل في تصنيع الآلات ، إن عدم القدرة على قياس مدى اللزوجة السطحية التي تؤثر على تشكيل القطرات قد وضع قيودًا على جعل الآلات أكثر أمانًا ودقة.

الحلول التي يقدمها المركز ، تسمى مركز Purdue لسلامة وضمان العمليات ، تساعد الشركاء مباشرة في صناعات مثل الزراعة والرعاية الصحية والطاقة.

يؤثر الفهم الأفضل للقطرات وكيفية السيطرة عليها على جميع تلك الصناعات. مثل رش المحاصيل ، تنتج الطباعة النافثة للحبر في المصنع قطرات صغيرة يمكن أن تدخل في الهواء وتسبب مشاكل في التنفس.

كما يمكن أن يؤدي التحكم الأكثر دقة في مادة شبيهة بالسوائل إلى تحسين أداء الماكينة ، مثل إعطاء طابعة ثلاثية الأبعاد القدرة على إنتاج أشياء أكثر موثوقية أو تفصيلاً.

قال بصاران : “يمكن أن تؤدي المواد ذات اللزوجة السطحية المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا إلى نتائج سيئة في عملية التصنيع. إن معرفة هذه القياسات تتيح لك استخدام كيمياء مختلفة لصنع مادة لا تؤدي إلى لزوجة سطحية تؤدي إلى ضرر النتيجة ”

بعد ذلك ، يخطط فريق باساران لدمج صيغة الرياضيات هذه في التجارب للتوصية بالتصميمات الجديدة للآلة. يمكن أن تصبح الصيغة أيضًا أداة تجارية في المستقبل ، مثل تطبيق الهاتف الذكي.

وقال باساران: “يفتح هذا الاكتشاف الكثير من السبل للبحث الأساسي التي لم تكن ممكنة من قبل”.

لمزيد من المعلومات :

  •  Hansol Wee et al, Effects of Surface Viscosity on Breakup of Viscous Threads, Physical Review Letters (2020). من هنا

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

تطوير تقنيات جديدة لتحسين الفحص المجهري للقوة الذرية

الجيوكيميائيون يحلون لغز قشرة الأرض المتلاشية