تندمج القطرات (بمقياس السنتيمتر) أثناء تجربة في محطة الفضاء الدولية. الائتمان: جوش ماكراني
صمم العلماء وحللوا تجارب قطرات الماء التي أجريت في محطة الفضاء الدولية.
يعد فهم كيفية انتشار قطرات الماء وتوحيدها أمرًا ضروريًا لسيناريوهات الحياة اليومية ، مثل تساقط قطرات المطر من السيارات والطائرات والأسطح ، وللتطبيقات في مجال توليد الطاقة وهندسة الطيران والالتصاق بالخلية الدقيقة. ومع ذلك ، يصعب نمذجة هذه الظواهر ويصعب مراقبتها تجريبياً.
في ISS).
تظهر القطرات عادة كأغطية كروية صغيرة من الماء لأن التوتر السطحي يتجاوز الجاذبية.
قال المؤلف جوش مكراني Josh McCraney من جامعة كورنيل: « إذا ازداد حجم القطرات كثيرًا ، فإنها تبدأ في فقدان شكلها الكروي ، وتدفعها الجاذبية إلى شيء يشبه البرك ». « إذا أردنا تحليل القطرات على الأرض ، فنحن بحاجة إلى القيام بذلك على نطاق صغير جدًا. »
ولكن على المقاييس الصغيرة ، تكون ديناميكيات القطرات سريعة جدًا بحيث يتعذر ملاحظتها. ومن ثم ، فإن محطة الفضاء الدولية. تعني الجاذبية المنخفضة في الفضاء أن الفريق يمكنه فحص القطرات الأكبر حجمًا ، والانتقال من قطر يبلغ بضعة مليمترات إلى 10 أضعاف هذا الطول.
[embedded content]
تندمج القطرات (بمقياس السنتيمتر) أثناء تجربة في محطة الفضاء الدولية. الائتمان: جوش ماكراني
أرسل الباحثون أربعة أسطح مختلفة بخصائص خشونة مختلفة إلى محطة الفضاء الدولية ، حيث تم تركيبها على طاولة المختبر. سجلت الكاميرات القطرات أثناء انتشارها واندماجها.
“ كان رواد فضاء ناسا كاثلين روبينز ومايكل هوبكنز يضعون قطرة واحدة بالحجم المطلوب في موقع مركزي على السطح. قال ماكراني إن هذا الانخفاض قريب من فتحة صغيرة محفورة مسبقًا في السطح ، ولكنها لا تلامسها. ثم قام رائد الفضاء بحقن الماء من خلال الفتحة ، التي تجمع وتنمو بشكل أساسي قطرة مجاورة. يستمر الحقن حتى تتلامس القطرتان ، وعند هذه النقطة تتحدان « .
هدفت التجارب إلى اختبار نموذج Davis-Hocking ، وهي طريقة بسيطة لمحاكاة القطرات. إذا استقرت قطرة ماء على سطح ما ، فإن جزءًا منها يلامس الهواء ويخلق واجهة ، بينما يشكل الجزء الملامس للسطح حافة أو خط تلامس. يصف نموذج Davis-Hocking معادلة خط الاتصال. أكدت النتائج التجريبية ووسعت مساحة المعلمة لنموذج Davis-Hocking.
بصفته الباحث الرئيسي الأصلي للمشروع ، كان البروفيسور الراحل بول ستين من جامعة كورنيل قد كتب منحًا ، وسافر إلى متعاونين في جميع أنحاء العالم ، وقام بتدريب طلاب الدكتوراه ، وقام بتحليل الدراسات الأرضية ذات الصلة بدقة ، وكل ذلك مع الرغبة في رؤية عمله يتم إجراؤه بنجاح على متن محطة الفضاء الدولية . بشكل مأساوي ، توفي ستين قبل أشهر فقط من بدء تجاربه.
قال ماكراني: « في حين أنه من المأساوي أنه ليس هنا لرؤية النتائج ، نأمل أن يجعله هذا العمل هو وعائلته فخورين ».
المرجع: « انتشار القطيرات المستحثة بالاندماج: تجارب على متن محطة الفضاء الدولية » بقلم ج.
دوى: 10.1063 / 5.0125279