Se înșela Lord Kelvin? Figura imprimată 3D pune la îndoială teoria sa veche de 150 de ani
O teorie veche de 150 de ani despre cealaltă formă propusă de Lord Kelvin, unul dintre cei mai mari fizicieni ai istoriei, a fost testată în cele din urmă – iar presupunerea lui este acum îndoielnică.
În 1871, William Thomson, mai bine cunoscut sub numele de Lord Kelvin – un celebru fizician britanic care a adus contribuții majore la electromagnetic teorie, TermodinamicaNavigare și absolut temperatura Sistemul care îi poartă numele – a propus o teorie despre o formă ipotetică ciudată, pe care a numit-o spirală izotropă.
Forma seamănă cu o sferă cu un număr de aripioare care ies din suprafața ei și arată la fel (izotrop) din orice unghi. Kelvin credea că, dacă era scufundat în apă și lăsat să se scufunde, helicoidul ar trebui să se învârtă ca un mic ventilator.
Legate de: Cele mai amuzante teorii din fizică
Dar un nou experiment condus de doi profesori de fizică – Greg Voth de la Universitatea Wesleyan din Connecticut și Bernard Muhlig de la Universitatea din Gothenburg din Suedia – a pus la îndoială previziunile lui Kelvin. Imprimând 3D cinci materiale elicoidale de diferite proprietăți conform instrucțiunilor lui Kelvin și apoi aruncându-le în ulei de silicon, echipa a descoperit că formele nu se roteau pentru că au căzut la urma urmei.
Potrivit lui Voth, decalajul de 150 de ani dintre teoria lui Kelvin și experimentul înregistrat pentru a-l testa poate să fi fost rezultatul omisiunilor deliberate ale oamenilor de știință de mai târziu și chiar ale lui Kelvin însuși. Este posibil ca Kelvin să fi creat conceptul spiralei pentru a înțelege mai bine una dintre teoriile sale anterioare: teoria vortexului din porumb. Teoria – care descrie atomii ca vortexuri stabile și complexe într-un mediu cosmic cunoscut sub numele de eter – a fost mult timp discreditată.
Dar când experimentul nu a funcționat, Kelvin l-ar fi abandonat în liniște, a speculat Voth.
„În manuscrisul lui Kelvin, el descrie clar cum să fabrice proprietăți elicoidale izotrope, inclusiv materialele folosite, indicând că a inventat una”, a spus Voth pentru Live Science. „Personal, bănuiesc că Kelvin și alții au sintetizat de atunci semiconductori elicoidali anizotropi și observă că cuplarea măsurată traducere-spin este determinată de limitări ale calității fabricării și, prin urmare, nu și-au publicat măsurătorile.”
Pentru a afla exact ce se întâmpla pentru a-și face experimentul să confunde predicțiile lui Kelvin, echipa a analizat modul în care fluidul din rezervorul lor curgea în jurul elicopterului.
Au descoperit că Kelvin avea într-adevăr dreptate – exista o cuplare sau o relație între mișcarea elicoidală printr-un fluid și rotația acestuia. Când forma se scufundă prin ulei de silicon, frecare Cauzat de particulele de ulei care curg în jurul corpului figurii, direcționate de la o elice helioidă la alta, trebuie să facă să fie supusă unei forțe care o determină să se rotească și, cu cât cade mai repede, cu atât trebuie să se rotească mai repede.
Dar cuplarea dintre mișcare și rotație a fost prea slabă pentru a avea un efect de scalare evident sau pentru ca elicele să se rotească deloc în timp ce se mișcau. Kelvin a permis teoria, dar este posibil să fi exagerat puterea efectului.
Potrivit cercetătorilor, acest lucru se poate datora faptului că doar câteva dintre aripioare sau pene de pe helicoid interacționează direcționând fluxul de fluid unul către celălalt – și acest lucru nu este suficient pentru a transforma helicoidul.
Acum, după ce au evaluat modul în care spirele se învârt (sau nu se învârt) într-un experiment real, cercetătorii intenționează să creeze o nouă spirală cu tehnici precise de fabricare pentru a elimina orice defecte. De asemenea, vor să modifice designul Kelvin pentru a amplifica orice cuplare între mișcare și rotație. Dacă reușesc, pot dovedi în cele din urmă că Kelvin are dreptate până la urmă.
„Vom continua să căutăm forme potențiale care ar crește cuplarea”, a spus Voth. „Îndrumarea teoretică și de calcul a formelor care vor fi fabricate va fi esențială, deoarece fabricarea precisă a acestor forme 3D complexe este o provocare.”
Cercetătorii și-au publicat concluziile pe 13 iulie în jurnal fluide de revizie fizică.
Publicat inițial pe Live Science.
„Creator. Amator de cafea. Iubitor de internet. Organizator. Geek de cultură pop. Fan de televiziune. Mândru foodaholic.”