최근 한 대학생이 반세기가 넘는 물리학 자들이 의문을 제기 한 문제를 해결했습니다. 왜 기포가 좁은 수직 튜브 안에 갇히는 것처럼 보입니까? 답은 다공성 암석에 갇힌 천연 가스의 행동을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
몇 년 전, 물리학 자들은 액체로 채워진 충분히 좁은 튜브의 가스 거품이 움직이지 않았다는 것을 알아 냈습니다. 그러나 스위스 연방 기술 연구소 로잔 (EPFL)의 기계 공학과 조교수 인 존 콜린 스키 (John Kolinski)는“이 역설은 일종의 역설이다.
가스 버블이 주위의 액체보다 밀도가 낮기 때문에 튜브 상단으로 올라와야합니다 (반짝이는 물에있는 기포가 상단으로 올라 오는 것처럼). 또한 액체가 흐를 때 액체에 흐르는 유일한 저항이 발생하지만이 경우 유체는 정지 상태입니다.
완고한 거품의 문제를 해결하기 위해 당시 콜린 스키의 실험실에서 일하는 학부 공학 학생 인 콜린 스키와 와심 다우 아디 (Wasim Dhaouadi)는 취리히 (ETH Zurich)에서 석사 학위를 마쳤습니다. " 이 방법은 레이저 간섭계 중력파 관측소 (LIGO) 검출기가 중력파를 찾는 데 사용하는 방법과 동일하다고 콜린 스키는 말했다.
그러나이 경우 연구원들은 시료에 빛을 비추고 반사되는 빛의 강도를 측정하는 맞춤형 현미경을 사용했습니다. 빛이 반사되는 빛에 따라 빛이 다르게 반사되기 때문에 빛이 반사되는 것을 측정하면 연구원들이 재료의 "두께"가 얼마나 큰지를 알아낼 수 있습니다. 이런 식으로 그들은 이소프로판올이라는 알코올로 채워진 얇은 튜브 안에 갇힌 부력 거품을 조사했습니다. 콜린 스키 교수는 알코올을 사용하여 "자체 세척 실험"을 실시 할 수 있었으며, 이는 결과가 어떤 종류의 오염이나 먼지로 인해 엉망이 되었기 때문에 필요하다고 말했다.
1960 년대 Bretherton이라는 과학자를 시작으로 연구원들은이 현상을 이론적으로 조사했지만 이전에는 직접 측정 한 적이 없었습니다. 일부 계산에 따르면 기포가 튜브의 측면에 닿는 매우 얇은 액체 층으로 둘러싸여 있으며 크기가 서서히 줄어들고 결국 사라진다고 콜린 스키는 말했다. 그 얇은 층은 기포의 움직임에 저항을 일으킨다.
연구자들은 실제로 기포 주변의이 매우 얇은 층을 관찰하고 두께가 약 1 나노 미터 인 것으로 측정했다. 그것이 이론적 연구가 예측 한대로 거품의 움직임을 멈추게하는 것입니다. 그러나 그들은 또한 액체 기포 (기포의 압력이 튜브의 벽에 가해지기 때문에 형성됨)가 사라지는 것이 아니라 항상 일정한 두께로 유지된다는 것을 발견했습니다.
유체의 얇은 층을 측정 한 결과 속도를 계산할 수있었습니다. 콜린 스키 교수는 기포가 전혀 달라 붙지 않고 육안으로 볼 수없는 속도로 "매우 느리게"움직이고 있다고 콜린 스키는 밝혔다. 그러나 그들은 또한 액체와 기포를 가열함으로써 얇은 층을 사라지게 할 수 있다는 것을 발견했다. 이는 미래의 연구에서 "흥미로운"흥미로운 아이디어라고 덧붙였다.
그들의 발견은 지구 과학 분야에 정보를 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. "다공질 암석에있는 천연 가스와 같이"다공질 매체에 갇힌 가스가있을 때 "또는 반대 방향으로 이동하여 암석에 이산화탄소를 가두려고 할 때 가스 기포가 많은 경우 제한된 공간이라고 콜린 스키는 말했다. "우리의 관측은 이러한 가스 기포가 어떻게 제한되는지에 대한 물리학과 관련이 있습니다."
그러나 흥분의 또 다른 부분은이 연구가 "커리어의 모든 단계에서 사람들이 귀중한 공헌을하도록 할 수있다"고 말했다. 다우 아디 (Dhaouadi)는“성공적인 성과를 향한 프로젝트를 추진했다”고 콜린 스키는 말했다.
이 연구 결과는 12 월 2 일 저널 Physical Review Fluids에 발표되었습니다.
