Bagaimanakah dinamik bendalir menerangkan kelakuan viskoelastik air?

H

Mekanik bendalir menerangkan fenomena viskoelastik yang kita lihat setiap hari, seperti mengapa air sakit apabila terkena tangan anda dan mengapa anda boleh berjalan di atas larutan berkanji dan tidak tenggelam.

 

Pernahkah anda cuba menyelam perut ke permukaan air di kolam atau pantai, atau meratakan tangan anda untuk menyimbah air semasa bermain air dan memukul air dengan kuat? Dalam percubaan pada SBS "Curiosity Heaven," di mana kanji dilarutkan dalam air dan seseorang berjalan di atasnya, ditunjukkan bahawa jika pejalan kaki berguling atau berjalan tanpa henti, larutan kanji tidak akan tenggelam ke dalam air, tetapi jika pejalan kaki diam seketika, air akan tenggelam seperti paya. Sekiranya anda tidak mengetahui fenomena ini, mudah untuk berfikir bahawa jika seseorang jatuh dari jambatan di atas Sungai Han, kebanyakan mereka akan lemas dan mati, tetapi sebenarnya, memandangkan ketinggian dari jambatan ke permukaan air. Sungai Han adalah kira-kira 40 hingga 50 meter, daya yang dirasai oleh objek yang jatuh ketika ia mencecah permukaan air tidak jauh berbeza dengan hentaman yang dirasai apabila jatuh di atas asfalt pada ketinggian yang sama, jadi kematian dan kemalangan akibat keretakan dan pecah adalah masalah yang lebih besar.
Apabila kita mengkaji bahan, kita sering memikirkan keanjalan dan kelikatan sebagai dua sifat yang berasingan, dan apabila bahan itu mengalir atau berubah, kita mengkaji sifatnya berdasarkan keanjalannya jika kita menganggapnya sebagai pepejal, atau kelikatannya jika kita menganggapnya sebagai cecair. Atau, sebaliknya, kita menentukan sama ada keanjalan atau kelikatan lebih dominan, dan itu menentukan sama ada bahan itu pepejal atau cecair. Walau bagaimanapun, seperti yang anda boleh lihat daripada contoh di atas, apabila kita memerhatikan kelakuan bahan sebenar dengan teliti, ia mempunyai kedua-dua sifat pepejal dan cecair, jadi dalam mekanik bendalir, kita menggunakan sifat yang dipanggil kelikatan untuk menggabungkan keanjalan dan kelikatan. Viskoelastik ini membolehkan kita mengkaji pelbagai jenis bahan tanpa terhad kepada kawasan tertentu. Apabila mengkaji kedua-dua pepejal dan cecair, dinamik bendalir menggunakan nombor Deborah (De) untuk menerangkan secara kualitatif skala masa, yang ditunjukkan di bawah.

Nombor Deborah

Di mana t ialah masa ciri intrinsik bahan dan T ialah masa ciri proses perubahan luaran, masa ciri intrinsik bahan merujuk kepada masa relatif yang dimiliki oleh setiap bahan. Sebagai contoh, untuk air cecair, t biasanya mengikut urutan saat, manakala pelincir yang menyalut permukaan gear dalam jentera adalah mengikut urutan saat, dan polimer yang digunakan untuk membentuk plastik adalah mengikut urutan saat. Pada tahap ini, tingkah laku cecair melangkaui cecair likat semata-mata dan mula menunjukkan ciri-ciri pepejal elastik.
Untuk bahan yang sama, jika De besar, ia berkelakuan seperti pepejal, dan jika ia kecil, ia berkelakuan seperti cecair. Dalam contoh di atas, di mana kita memukul air dengan sangat kuat, nilai T adalah lebih kecil daripada nilai T apabila kita biasanya merendam tangan kita dalam air bertakung untuk mencuci tangan atau mencuci muka, jadi nilai De adalah lebih besar dalam kes ini, menjadikan air berasa lebih "pepejal" daripada yang biasa kita rasa. Sebaliknya, halaju objek jatuh dalam jatuh bebas dari ketinggian 50 meter sebelum akhirnya mencecah permukaan air adalah jauh lebih tinggi, jadi nilai T adalah jauh lebih kecil dan impaknya jauh lebih besar. Kita juga boleh menerangkan bahawa larutan kanji dalam air, yang lebih likat daripada air tulen, akan mempunyai nilai T yang lebih besar daripada air, dalam hal ini ia cukup viskoelastik sehingga seseorang yang berjalan di atasnya tidak akan jatuh. Walau bagaimanapun, jika anda diam, T menjadi lebih besar dan De menjadi lebih kecil, dan larutan kanji kembali kepada keadaan cecair "biasa".
Ini adalah fenomena menarik yang boleh dilihat dalam kehidupan seharian, dan ia telah disiasat secara kualitatif melalui dinamik bendalir. Tidak sukar untuk mencari pepejal yang bertukar menjadi cecair dan cecair yang bertukar menjadi pepejal di sekeliling kita. Jika anda berfikir tentang memerah ubat gigi, terdapat kesesakan di mana ubat gigi dalam tiub ubat gigi tiba-tiba menyempit, yang dipanggil tiub penyempitan dalam proses kimia. Sebaliknya, terdapat jenis tiub lain, seperti yang mengembang secara tiba-tiba selepas melalui tiub sempit, paip lurus, dan selekoh yang mengubah arah aliran bendalir. Dinamik bendalir membantu kita meramalkan dan mengira secara kuantitatif aliran bendalir di dalam paip ini, seperti berapa laju ia sepatutnya mengalir untuk mengelakkan kesesakan, berapa banyak tekanan yang perlu dikenakan pada salur masuk dan berapa banyak tekanan yang perlu dikenakan pada saluran keluar untuk mendapatkan aliran keluar. Kajian bendalir adalah penting dalam industri kimia, yang merupakan industri berskala besar, bermula dengan polimer untuk tuangan plastik, dan oleh itu mekanik bendalir adalah disiplin asas yang sangat diperlukan dalam kejuruteraan kimia.

 

Mengenai Pengarang

Blogger

hello! Selamat datang ke Polyglottist. Blog ini adalah untuk sesiapa sahaja yang meminati budaya Korea, sama ada K-pop, filem Korea, drama, melancong atau apa sahaja. Mari kita meneroka dan menikmati budaya Korea bersama-sama!

Tentang pemilik blog

helo! Selamat datang ke Polyglottist. Blog ini adalah untuk sesiapa sahaja yang meminati budaya Korea, sama ada K-pop, filem Korea, drama, melancong atau apa sahaja. Mari kita meneroka dan menikmati budaya Korea bersama-sama!