Neues Jahr Nachtschwärmer werden Aufbrechen, um alle Arten von Parteien heute Abend, und die Chancen stehen gut Prozentsatz wird versucht, durch die Anwesenheit von einem Schokoladen-Brunnen—nur ein winzig bisschen Nachsicht, bevor diese Beschlüsse treten. Vielleicht diejenigen, die eine wissenschaftliche beugte sich selbst nachdenken, nur für einen moment, die komplizierte Physik an allen, schokoladig Güte.
Jetzt wissen wir ein wenig mehr über diese Dynamik, Dank der Bemühungen von Adam Townsend, ein student an der University College London. Er beschloss, herauszufinden, warum das “Vorhang” der geschmolzenen Schokolade fällt immer nach innen, und die daraus resultierenden Papier erschien letzten Monat im European Journal of Physics.
Es begann alles mit Townsend Berater, Helen Wilson, wer war das Wandern eines Tages, als Ihre Gedanken kreisten um das eigenartige Verhalten von einem Schokoladen-Brunnen. Ihre Kollegen in der Abteilung für angewandte Mathematik angebotenen wahrscheinlich einige Erklärungen, aber niemand konnte sich erklären. So fügte es zu Ihrer Liste der möglichen Projekte für Ihre Schüler. Das ist, wenn Townsend stürzte sich auf Sie. “Es waren einige sehr technische Wörter auf, dass die Projekt-Liste”, sagte er der “Washington Post”. “Und dann sah ich ‘Schokoladen-Brunnen”, und ich sagte, ‘Aha! Das ist das eine.’”
Von einem Physik Standpunkt, geschmolzene Schokolade ist eine Art von nicht-Newtonschen Flüssigkeit. In einem traditionellen newtonsche Flüssigkeit wie Wasser, die Viskosität—lose definiert, wie viel Reibung/Widerstand gibt Strömung in einer gegebenen Substanz—ist weitgehend abhängig von Temperatur und Druck: Wasser fließen weiterhin unabhängig von anderen wirkenden Kräfte, wie ruehren oder gemischt. In einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit, die änderung der Viskosität in Reaktion auf eine aufgebrachte Belastung oder Scherkraft, damit an der Grenze zwischen flüssigen und festen Verhalten. Sicherlich haben Sie alle gesehen, diese YouTube-videos zeigen Menschen zu Fuß über eine Mischung von Wasser und Maisstärke, die erstarrt in Reaktion auf stress.
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Blut, ketchup, Joghurt, Soße, Schlamm, pudding, Pudding, verdickt pie Füllungen, und Honig sind weitere Beispiele von nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. Nicht alle solche Flüssigkeiten sind gleich: Sie reagieren auf stress oder eine Scherkraft auf unterschiedliche Weise. Mit Sahne, die Viskosität steigt mit stress im Laufe der Zeit: je länger Sie die Peitsche, die dicker wird es. Pudding wird auch mehr solid—Viskosität steigt mit erhöhter stress—während Honig, ketchup oder Tomatensauce sich mehr Flüssigkeit, als Viskosität nimmt mit stress im Laufe der Zeit. Letztere sind bekannt als scherverdünnung nicht-Newtonschen Flüssigkeiten.
Geschmolzene Schokolade wird auch weniger viskos unter stress. Für Ihre Analyse, Townsend und Wilson unterteilt, die das Strömungsverhalten in drei Phasen: eine, wo die Schokolade Reisen durch das Rohr in den Brunnen, eine Sekunde, wo die Schokolade bildet einen dünnen, fließenden film über die Kuppel, und schließlich, dass schöne Vorhang von geschmolzenem yumminess, die nur darauf warten für Sie zu Tauchen allerlei köstliche Häppchen in es.
In der pipe flow-phase, fanden Sie die Schokolade ist Bewegung folgte eine standard-Parabolische Kurve, mit einem ziemlich schnell fließen, wie es reist auf der Leitung. Die Schokolade verdünnt und verlangsamt, wie es fließt über die Kuppel in der zweiten phase. Bei der Dritten “Vorhang” – phase, die primäre Kraft, die auf die Schokolade an diesem Punkt ist die Oberflächenspannung.
Die Dynamik ähnlich sind Wasser Glocke, etwas Wilson wies darauf hin, konnte Sie auch ganz einfach in der Küche: “Nur fix einen Stift senkrecht unter einen Wasserhahn mit einem 10p Münze oben flach und Sie werden sehen, eine schöne Glocke Brunnen Wasser.”
Townsend gefunden hat, diese Arbeit macht für einen ausgezeichneten Vortrag, demonstration richtet sich an die Allgemeine öffentlichkeit, vielleicht, weil die Zuschauer sind so scharf zu Beispiel die Schokolade danach. Aber es dient auch als eine gute Einführung in die Grundlagen der nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. “Wenn ich davon überzeugen kann, nur eine person, die Mathematik ist mehr als der Satz des Pythagoras, ich werde es gelungen,” sagte er in einem UCL press release. Und die aktuellen Modelle beitragen könnten zu einem besseren Verständnis der ähnliche Flüssigkeit Verhalten, wie lava fließt, Verschleiß-Filme in die Augen, und wie Plasmen sind entnommen aus kernfusionsreaktoren.
Meistens “Schokoladen-Brunnen sind nur cool, nicht wahr?” Townsend begeistert. Ja. Ja, Sie sind wirklich.
Referenz:
Townsend, A. K. und Wilson, H. J. (2015) “Die fluid-Dynamik der Schokoladenbrunnen,” European Journal of Physics 37: 1.
[Via Fuck Yeah Fluid Dynamics]
Bilder: A. Townsend und H. Wilson/UCL