👨 🔳 🤳🏿 ما هو الشائع بين قطرات فنجان القهوة وميكانيكا الكم؟ 📰 🥖 🏎️

هذا قسم خاص من معهد ITMO للفيزياء الجديدة . هنا ، يتأمل العلماء والمعلمون والطلاب في كلية الفيزياء والتكنولوجيا في العلوم والعملية التعليمية وأيام العمل.

, .

^{: , ,
:}

يختفي الانخفاض المتساقط على سطح السائل بسرعة ، ولكن ليس على الفور. يتأخر التقاء القطرة مع السائل بسبب خروج الهواء من الطبقة المتوسطة. يمكن رؤية التأثير في النافورة ، والغرق في المطبخ وحتى كوب من القهوة .

^{قطرة في فنجان قهوة}

عندما يقترب القطر من سطح السائل ، لا يتوفر للهواء في الطبقة المتوسطة وقت للخروج. يزداد الضغط ، ويفقد الهبوط سرعته وقد يرتد حتى. ولكن في كل مرة يقفز فيها أقل وأقل ، حيث يتم تبديد جزء من الطاقة بسبب تأثير القوى الخارجية. يخرج المزيد والمزيد من الهواء من الوسط ، وعندما يصبح سمكها حرجًا ، تندمج كرة الماء مع السائل بسبب قوى التفاعل الجزيئي.

كيفية جعل القطرات تقفز

حقيقة مثيرة للاهتمام هي أنه يمكن إجراء قطرة للقفز إذا تم تزويد الطاقة المفقودة بها باستمرار - على سبيل المثال ، عن طريق تذبذبات سطح الماء. سيدفع السائل قطرة لأعلى حتى قبل أن تصبح طبقة الهواء أرق.

تم وصف ظاهرة قطرات الارتداد لأول مرة من قبل الفيزيائي الأمريكي جيرل ووكر في عام 1978. لكن دراسة ديناميكيات هذه الظاهرة استغرقت 30 عامًا فقط - باحثون فرنسيون من جامعة باريس السابعة برئاسة إيف كوفير (إيف كوفير).

التثبيت الضروري لمراقبة قطرات القفز بسيط للغاية. وهو يتألف من العوامل المسببة للأمراض و مولد بالقطيرات . يمكن لعب دور الأول بواسطة مكبر صوت مثبت عليه حمام بمحلول صابون أو زيت سيليكون. في الثانية ، تكون مسواك الأسنان العادية مناسبة. فيما يلي مثال على الجهاز الذي قمنا بتجميعه: سيبدأ

^{غلاف التثبيت ، المطبوع على طابعة ثلاثية الأبعاد ، ودائرته A التي}

تسقط في الحمام في "الإرتفاع" فقط عند تردد معين وسعة اهتزازات السماعة - يتم تحديد هذه المعلمات تجريبيًا. لكن هناك شرطًا أساسيًا: يجب أن يكون السعة كافية لإلقاء هبوط ، ولكن ليس كافيًا لظهور تموج فاراداي. هذه موجات واقفة على سطح سائل يزعزع استقراره.

تتأثر أيضًا قدرة الكرة المائية على الارتداد بحجمها. يحدد الحد الأدنى من السعة اللازمة لتحقيق التأثير. كلما كانت القطرة أصغر ، كلما قلت السعة المطلوبة للارتداد - أي أن القطرة قادرة على القفز باستمرار في نطاق أكبر من السعات والترددات.

^{تموج فاراداي}

ومن المثير للاهتمام أن القطرات لا يمكنها الارتداد فقط. هم قادرون على التحرك على طول مسارات معينة والتفاعل مع بعضهم البعض. تعود هذه الظاهرة إلى الموجات التي تولدها الكرات عند كل ارتداد من السطح. تميل القطرات إلى شغل موقع يتوافق مع الحد الأدنى المحلي من الطاقة الكامنة ، والذي يحدده تداخل الأمواج المتولدة. هناك العديد من هذه المواقف ، لكنها تقع على نفس المسافة من بعضها البعض - فهي تساوي نصف طول الموجة. من موضع ما ، يمكن "دفع" الهبوط دائمًا في موضع آخر.

^{بلورة قطرتين تقفز بثبات ،}

كما تشكل القطرات المرتدة هياكل تشبه البلورة مستقرة. على سبيل المثال ، الأشكال الهندسية الصحيحة - مثلثات ومربعات وخماسي.

يمكن أن تفسر الطبيعة الموجية للتفاعل تأثيرًا مثيرًا للاهتمام - قابلية البلورة للتغير مع تغير التردد البطيء. مع زيادتها ، تنمو المسافة بين كرات الماء ، ومع الانخفاض ، على العكس ، تنخفض.

^{الأشكال الهندسية للقطرات:}

هذه الأشكال "مرنة" بما فيه الكفاية بحيث يمكن تحريكها دون تدمير بنية البلورة. فيما يلي مثال على مثل هذا التأثير:

^{حركة البلورة}

إذا كانت قطرات الارتداد قريبة بما فيه الكفاية وأحجامها كبيرة نسبيًا ، فإنها سوف تنجرف نحو بعضها البعض ، لتشكل حالة ربط أخرى - كتلة.

^{العناقيد}

القطيرات الكبيرة ثقيلة ، لذا فهي "تدفع" سطح السائل تحتها. هناك ثقب محتمل حيث تندفع قطرات كبيرة أخرى.

تسود هذه الحفرة على الحفر المحتملة للموجات السطحية. لذلك ، لا يتميز نوع الموجة من التفاعل بقطرات كبيرة.

ما علاقة القطرات بميكانيكا الكم

إن نظام قطرات الرفع ليس فقط تأثيرًا جميلًا للعالم الكبير ، ولكنه أيضًا ظاهرة يتردد صداها في العالم الكمي.

الفيزيائي الأمريكي جون بوش (جون بوش) مع زملاء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2013 شاهدت ما يسمى ب "المشي" يسقط الظهور بالقرب من عتبة فاراداي. "يقفزون" على موجتهم ويتحركون على طول سطح السائل. مثل جزيئات الكم التي لا تتجاوز سرعتها سرعة الضوء ، فإن قطرات المشي لها قيود مماثلة - سرعة انتشار الموجة في السائل.

بدوره ، اكتشف إيف كودر في عام 2006قطرات تظهر خصائص مميزة للأمواج. قام الفيزيائي بتوجيه كرات الماء إلى الشق وتمكن من مراقبة ظاهرة الحيود - وهي تشبه إلى حد كبير حيود الإلكترون. وبالتالي ، يمكن اعتبار قطرات الارتداد كائنات (جسيمات) تظهر ازدواجية جسيم الموجة .

وهذا ليس سوى جزء صغير من التجارب المثيرة للاهتمام. وجد العلماء أيضًا المقارنات التالية:

تذبذبات القطرات في حالة محددة وحركة اهتزازية للفوتونات في ذرة بلورية ؛
الحركة الدورانية للقطرات وحركة الإلكترونات في المدار.

وبالتالي ، فإن هذه التجارب والظواهر والاعتمادات ذات أهمية فيزيائية وتسمح للمرء بمراقبة السلوك الشبيه الكمومي على مقياس القطرات السائلة.

ما هو الشائع بين قطرات فنجان القهوة وميكانيكا الكم؟

كيفية جعل القطرات تقفز

ما علاقة القطرات بميكانيكا الكم

More articles: