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Spielzeugboote schwimmen kopfüber unter einer Schicht schwebender Flüssigkeit


Von unten nach oben zu fahren ist für ein Boot auf der Unterseite einer schwebenden Flüssigkeit kein Problem.

In einem Behälter kann Flüssigkeit über eine Gasschicht schweben, indem der Behälter auf und ab geschüttelt wird, da die wiederholte, ruckartige Bewegung nach oben verhindert, dass Flüssigkeit in die darunter liegende Luft tropft. Laborexperimente haben eine merkwürdige Folge dieses Antigravitationseffekts gezeigt. Objekte können sowohl auf dem Boden einer schwebenden Flüssigkeit als auch auf der Oberseite schweben, berichten Forscher am 3. September Natur.

Der Physiker Emmanuel Fort und Kollegen beobachteten diesen Effekt, indem sie eine Gasschicht unter entweder Silikonöl oder Glycerin injizierten und den Behälter schüttelten. Die Forscher verwendeten diese dicken Substanzen, weil das Halten einer Flüssigkeit in der Luft heftiges Schütteln erfordert – wobei größere Becken stärkere Vibrationen erfordern – und eine laufende Flüssigkeit wie Wasser zu viel herumschwappen würde, um eine stabile, schwebende Schicht zu bilden.

„Technisch gesehen könnte ein Flüssigkeitspool jeder Größe oben bleiben, indem man ihn nur ausreichend schüttelt“, sagt Fort von der École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles in Paris. „Wenn Sie ein Schwimmbad auf den Kopf stellen möchten, ist das möglich … aber Sie benötigen eine sehr viskose Flüssigkeit.“ Hier hielt sich Forts Team daran, bis zu einem halben Liter zu schweben.

Physiker wussten, dass es möglich ist, eine Flüssigkeitsschicht über einem Luftpolster schweben zu lassen, indem sie die Schichten in einem Behälter kräftig auf und ab schütteln. Aber neue Laborexperimente haben eine überraschende Wirkung dieses Antigravitations-Tricks gezeigt. Spielzeugboote und andere Gegenstände können sowohl auf der Unterseite einer schwebenden Flüssigkeit als auch auf der Oberseite schwimmen.

Spielzeugboote schaukelten am Boden der schwebenden Flüssigkeit entlang, weil die Spielzeuge, wie Boote, die mit der rechten Seite nach oben entlang der Oberseite schwammen, teilweise untergetaucht waren. Jedes Objekt, das in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, erfährt eine himmelwärts gerichtete Auftriebskraft, deren Stärke davon abhängt, wie viel Raum das Objekt in der Flüssigkeit einnimmt. Dieses physikalische Gesetz, das vom antiken griechischen Mathematiker und Erfinder Archimedes entdeckt wurde, ist der Grund, warum dichte Objekte sinken und weniger dichte schweben. Tauchringe sitzen am Boden eines Beckens, weil sie viel Masse haben, aber nicht viel Platz einnehmen, sodass die Schwerkraft den Auftrieb übertrifft. Ein Wasserball hingegen hat sehr wenig Masse, nimmt aber viel Platz ein. Wenn er also auf dem Boden eines Pools platziert würde, würde er an die Oberfläche springen.

Ein teilweise untergetauchtes, auf dem Kopf stehendes Boot erfährt den gleichen Aufwärtszug. Wenn das Boot in der richtigen Höhe eingetaucht wird, ist die Auftriebskraft stark genug, um der Schwerkraft entgegenzuwirken, die das Boot nach unten zieht, und das Boot schwimmt. Bet Archimedes hat das nicht kommen sehen.

„Ich war sehr überrascht“, den Effekt zu sehen, sagt Vladislav Sorokin, ein Ingenieur an der University of Auckland in Neuseeland, der einen Kommentar zu der Studie verfasst hat, der in derselben Ausgabe von . erscheint Natur. Sorokin hat ein weiteres paradoxes Phänomen bei vibrierenden Flüssigkeiten untersucht – die Tatsache, dass Blasen auf den Boden der Flüssigkeit sinken, anstatt nach oben zu steigen. Die Entdeckung dieses neuen Phänomens deutet darauf hin, dass möglicherweise noch andere kontraintuitive Effekte in vibrierenden Systemen entdeckt werden müssen, sagt er.

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