⚾️ 👨🏻‍🍳 😠 एक कप कॉफी और क्वांटम यांत्रिकी में बूंदों के बीच क्या आम है? 🤟🏾 🔇 👃🏾

यह ITMO न्यू फिजिक्स इंस्टीट्यूट का एक विशेष खंड है । यहाँ, विज्ञान और प्रौद्योगिकी संकाय के वैज्ञानिक, शिक्षक और छात्र विज्ञान, शैक्षिक प्रक्रिया और कार्यदिवस को दर्शाते हैं।

, .

^{: , ,
:}

एक तरल की सतह पर गिरने वाली एक बूंद जल्दी से गायब हो जाती है, लेकिन तुरंत नहीं। तरल के साथ छोटी बूंद के संगम में देरी होती है क्योंकि हवा मध्यवर्ती परत को छोड़ देती है। प्रभाव फव्वारे में देखा जा सकता है, रसोई में सिंक और यहां तक कि एक गिलास कॉफी भी ।

^{एक कप कॉफी}

में गिरावट जब बूंद तरल की सतह के करीब पहुंचती है, तो मध्यवर्ती परत में हवा को बाहर जाने का समय नहीं होता है। दबाव बढ़ता है, ड्रॉप अपनी गति खो देता है और यहां तक कि उछाल भी हो सकता है। लेकिन हर बार यह निचले और निचले हिस्से में कूदता है, क्योंकि बाहरी ताकतों के प्रभाव के कारण ऊर्जा का एक हिस्सा नष्ट हो जाता है। अधिक से अधिक हवा मध्यवर्ती से निकलती है, और जब इसकी मोटाई महत्वपूर्ण हो जाती है, तो पानी की गेंद आणविक बातचीत की ताकतों के कारण तरल में विलीन हो जाती है।

ड्रॉप्स जंप कैसे करें

एक दिलचस्प तथ्य यह है कि कूदने के लिए एक बूंद बनाई जा सकती है यदि खोई हुई ऊर्जा लगातार इसे आपूर्ति की जाती है - उदाहरण के लिए, पानी की सतह के दोलनों के माध्यम से। हवा की परत पतली होने से पहले ही तरल एक बूंद ऊपर धकेल देगा।

उछलती बूंदों की घटना को सबसे पहले 1978 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी जेरल वॉकर ने वर्णित किया था। लेकिन इस घटना की गतिशीलता का अध्ययन केवल 30 साल बाद हुआ - पेरिस विश्वविद्यालय के फ्रांसीसी शोधकर्ताओं ने, यवेस कूडर (यवेस कूडर) की अध्यक्षता में।

कूदती बूंदों का निरीक्षण करने के लिए आवश्यक स्थापना काफी सरल है। इसमें एक रोगज़नक़ और एक छोटी बूंद जनरेटर होता है । पहले की भूमिका एक स्पीकर द्वारा निभाई जा सकती है, जिस पर साबुन समाधान या सिलिकॉन तेल के साथ स्नान स्थापित किया गया है। दूसरे के रूप में, एक साधारण टूथपिक उपयुक्त है। हमारे द्वारा इकट्ठे किए गए उपकरण का एक उदाहरण यहां दिया गया है:

^{इंस्टॉलेशन आवरण, एक 3 डी प्रिंटर पर मुद्रित किया गया है, और इसके सर्किट ए}

ड्रॉप को स्नान में गिरना केवल स्पीकर के कंपन के एक निश्चित आवृत्ति और आयाम पर "उत्तोलन" करना शुरू होगा - ये पैरामीटर प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किए जाते हैं। लेकिन एक बुनियादी स्थिति है: आयाम एक बूंद टॉस करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए, लेकिन एक फैराडे लहर की उपस्थिति के लिए पर्याप्त नहीं है। ये तरल की सतह पर तरंगें हैं जो इसे अस्थिर करते हैं।

पानी की गेंद को उछाल देने की क्षमता भी इसके आकार से प्रभावित होती है। यह प्रभाव को प्राप्त करने के लिए आवश्यक न्यूनतम आयाम निर्धारित करता है। छोटी बूंद, रिबाउंड के लिए आवश्यक छोटा आयाम - यानी, छोटी बूंद लगातार आयाम और आवृत्तियों की एक बड़ी रेंज में कूदने में सक्षम है।

^{रिपल फराडे}

दिलचस्प है, बूँदें न केवल उछाल कर सकती हैं। वे कुछ विशेष प्रक्षेपवक्रों के साथ आगे बढ़ने और एक दूसरे के साथ बातचीत करने में सक्षम हैं। घटना तरंगों के कारण होती है जो गेंद सतह से प्रत्येक उछाल पर उत्पन्न होती हैं। बूंदें उत्पन्न तरंगों के हस्तक्षेप से निर्धारित संभावित ऊर्जा के स्थानीय न्यूनतम के अनुरूप एक स्थान पर कब्जा करने के लिए होती हैं। ऐसे कई पद हैं, लेकिन वे एक दूसरे से समान दूरी पर स्थित हैं - यह आधा तरंग दैर्ध्य के बराबर है। एक स्थिति से, एक बूंद हमेशा दूसरे में "धकेल" सकती है।

^{दो स्थिर रूप से कूदने वाली बूंदों का क्रिस्टल।}

इसके अलावा उछलती बूंदें स्थिर क्रिस्टल जैसी संरचनाएं बनाती हैं। उदाहरण के लिए, सही ज्यामितीय आकार - त्रिकोण, वर्ग, पेंटागन।

बातचीत की तरंग प्रकृति एक दिलचस्प प्रभाव की व्याख्या कर सकती है - एक धीमी आवृत्ति परिवर्तन के साथ क्रिस्टल की मापनीयता। इसकी वृद्धि के साथ, पानी के गोले के बीच की दूरी बढ़ती है, और एक कमी के साथ, इसके विपरीत, यह घट जाती है।

^{बूंदों से ज्यामितीय आंकड़े।}

आंकड़े पर्याप्त रूप से "लोचदार" हैं ताकि उन्हें क्रिस्टल की संरचना को नष्ट किए बिना स्थानांतरित किया जा सके। इस तरह के एक प्रभाव का एक उदाहरण है:

^{क्रिस्टल आंदोलन}

यदि उछलती बूंदें काफी करीब हैं और उनके आकार अपेक्षाकृत बड़े हैं, तो वे एक दूसरे की ओर बहेंगे, एक और बाध्य राज्य - एक क्लस्टर।

^{क्लस्टर}

बड़ी बूंदें भारी होती हैं, इसलिए वे तरल की सतह को "धक्का" देते हैं। एक संभावित छेद है जहां अन्य बड़े बूंदों की भीड़ होती है।

यह गड्ढे सतह की लहरों के संभावित गड्ढों पर टिकते हैं। इसलिए, लहर के प्रकार की बातचीत बड़ी बूंदों की विशेषता नहीं है।

बूंदों का क्वांटम यांत्रिकी से क्या संबंध है

बूंदों को छोड़ने की प्रणाली न केवल मैक्रोकोसम का एक सुंदर प्रभाव है, बल्कि एक घटना भी है जो क्वांटम दुनिया में गूंजती है।

2013 में एमआईटी के सहयोगियों के साथ अमेरिकी भौतिक विज्ञानी जॉन बुश (जॉन बुश) ने फैराडे की दहलीज के पास दिखाई देने वाली तथाकथित "पैदल" बूंदों को देखा । वे अपनी लहर पर "कूदते हैं" और तरल की सतह के साथ चलते हैं। क्वांटम कणों की तरह जिनकी गति प्रकाश की गति से अधिक नहीं होती है, चलने वाली बूंदों में एक समान सीमा होती है - एक तरल में तरंग प्रसार की गति।

बदले में, यवेस कुदर ने 2006 में खोज कीकि बूंदों की विशेषता प्रदर्शित करता है तरंगों की विशेषता। भौतिक विज्ञानी ने स्लिट में पानी के गोले को निर्देशित किया और विवर्तन घटना का निरीक्षण करने में कामयाब रहा - इलेक्ट्रॉन विवर्तन के समान। इस प्रकार, उछलती बूंदों को तरंग-कण द्वंद्व को प्रदर्शित करने वाली वस्तुओं (कणों) के रूप में माना जा सकता है ।

और यह दिलचस्प प्रयोगों का केवल एक छोटा सा हिस्सा है। वैज्ञानिकों को निम्नलिखित उपमाएँ भी मिलीं:

एक बाध्य राज्य में बूंदों के दोलन और एक क्रिस्टल परमाणु में फोटॉनों की कंपन गति;
बूंदों की घूर्णी गति और कक्षा में इलेक्ट्रॉनों की गति।

इस प्रकार, ये प्रयोग, घटनाएं, और निर्भरता भौतिक रुचि के हैं और एक को तरल बूंदों के पैमाने पर क्वांटम जैसे व्यवहार का निरीक्षण करने की अनुमति देता है।

एक कप कॉफी और क्वांटम यांत्रिकी में बूंदों के बीच क्या आम है?

ड्रॉप्स जंप कैसे करें

बूंदों का क्वांटम यांत्रिकी से क्या संबंध है

More articles: