Vì sao dòng mật ong có thể cuộn thành những vòng nhỏ khi chạm mặt bánh?
Khám phá mở rộng – KHTN, phần Vật lý 8
Một sợi mật ong đang rơi có thể uốn sang bên rồi cuộn khi phần dưới bị chậm lại ở mặt tiếp xúc trong khi vật liệu phía trên vẫn tới. Đây là một dạng bất ổn của dòng chất lỏng nhớt. Hình giống cuộn dây không có nghĩa mật ong đã trở thành một sợi rắn.
Chuyển động tới và chuyển động trên mặt khác nhau
Trước khi chạm bề mặt, chất lỏng đi xuống trong một sợi. Ở gần chỗ chạm, chuyển động phải đổi để vật liệu nằm lại và lan trên mặt. Nếu lượng vật liệu tới không được giải tỏa chỉ bằng một sợi thẳng ổn định, dạng uốn có thể phát triển.
Hình dung thả một sợi mềm xuống mặt bàn giúp thấy vì sao đầu dưới bị chậm có thể đi kèm uốn ngang. Nhưng mật ong là chất lỏng: nó tiếp tục chảy, biến dạng và trao đổi năng lượng qua độ nhớt. Phép so sánh không cho phép áp nguyên tính đàn hồi của dây rắn.
Tại sao không phải lần rót nào cũng ra vòng?
Độ nhớt, độ cao rơi, lưu lượng và kích thước sợi ảnh hưởng hình dạng. Trong các miền khác nhau, trọng lực, quán tính và những lực nhớt chống biến dạng có vai trò khác.
Một sợi có thể cuộn khá đều, tạo những mẫu khác hoặc không cho vòng rõ. Không có một đường kính vòng chung cho mọi loại mật và mọi nhiệt độ. Việc đổi nhiệt độ còn có thể đổi độ nhớt, nên cùng một cách rót chưa chắc tạo cùng kết quả.
Mặt nhận cũng tham gia câu chuyện
Trên mặt đứng yên, điểm tiếp xúc có thể đi quanh thành cuộn. Nếu bề mặt nhận chuyển động, mẫu được ghi lại có thể thành những đường lượn hoặc vòng xen kẽ. Các nghiên cứu gọi một cấu hình như thế bằng hình ảnh “máy khâu chất lỏng”.
Tên gọi là một phép ví về mẫu đường đi, không khẳng định có kim khâu hoặc một cơ cấu điều khiển giấu trong chất lỏng. Chuyển động tự tổ chức từ điều kiện dòng và bề mặt.
Hiểu lầm: mọi hình vòng trong chất lưu đều là vòng xoáy giống vòng khói. Ở đây đang nhìn đường sợi lỏng được đặt xuống, không phải một vòng xoáy tự bay trong không gian.
Ghi nhớ: sợi tới liên tục, phần chạm bị hãm, uốn phát triển; độ nhớt và hình học quyết định mẫu cuộn trong từng chế độ.
Đọc thêm
- Vì sao một tia nước nhỏ có thể tự tách thành nhiều giọt?
- Vì sao một vòng khói có thể bay xa mà vẫn giữ hình vòng?