उछलती हुई तरल सतह बुलबुले को स्टॉप-स्टार्ट नृत्य करने पर मजबूर कर सकती है

किसी सतह के ऊपर उभरे बुलबुले की काली और सफ़ेद छवि।
बड़े आकार में/ चलते बुलबुले.

कभी-कभी जीवन उचित नहीं होता। यदि आप तरल पदार्थों के साथ खेलते हैं, तो आपको शानदार कैमरा सिस्टम का उपयोग करने को मिलता है, और तरल पदार्थ के शोधकर्ताओं द्वारा लिखा गया प्रत्येक पेपर तरल पदार्थ के अप्राकृतिक कृत्यों के एक फैंसी वीडियो के साथ आता है। फिर, जब आप अनुप्रयोगों के बारे में पूछते हैं, तो शोधकर्ता इंक जेट प्रिंटर की ओर इशारा करते हैं।

इसे दरअसल एक चेतावनी के तौर पर लिया जाना चाहिए. यदि आप किसी वैज्ञानिक को एक एप्लिकेशन के साथ आने के लिए मजबूर करते हैं, तो वे लंबे समय तक चलने वाले बदला के रूप में इंक जेट प्रिंटर का आविष्कार करेंगे। तो, कृपया, यह मत पूछो क्या उछाल वाली सुपरवॉकर बबल के लिए उपयोगी हो सकता है.

बुलबुला, बुलबुला, मेहनत और... इंकजेट?

70 के दशक में, वैज्ञानिकों ने पता लगाया था कि यदि आप तेल की एक बूंद लेते हैं और इसे तेल स्नान की सतह पर रखते हैं, तो जब तक स्नान की सतह कंपन कर रही है, तब तक यह ऊपर और नीचे उछलती रहेगी। लगभग 10 साल पहले, वैज्ञानिकों ने एक कदम आगे बढ़कर दिखाया कि यदि आपने कंपन आवृत्ति को सही ढंग से चुना, तो बूंद सतह के चारों ओर घूम जाएगी। वैज्ञानिकों ने इन पेरम्बुलेटरी बूंदों को वॉकर के रूप में संदर्भित किया है - शायद स्टार वार्स में वॉकर की नाजुकता को श्रद्धांजलि देने के लिए।

आवश्यक विचार यह है कि यदि तरल स्नान नीचे से कंपन के अधीन है (शोधकर्ता स्पीकर से वूफर का उपयोग करते हैं), तो शीर्ष पर एक स्थायी तरंग पैटर्न बनेगा। (एक उदाहरण नीचे एम्बेडेड वीडियो में दिखाया गया है।) सही परिस्थितियों में, बूंदें उछलेंगी खड़ी लहर पैटर्न में घाटी से घाटी तक, क्योंकि वे एक के केंद्र पर हिट करने और स्थिर होने का प्रबंधन नहीं कर सकते हैं घाटी।

पानी के कटोरे में खड़ी लहरें (टॉम ज़ारनोटा)।

गति भी नियमित है: एक मोड में, बूंद एक घाटी से दूसरी घाटी तक उछलेगी, जबकि अगले मोड में यह छूट जाएगी और केवल हर दूसरी घाटी में गिरेगी। हालाँकि, यह बूंद के आकार और वॉकर की गति को भी सीमित करता है। अनिवार्य रूप से, कंपन की आवृत्ति और घाटियों की दूरी एक निश्चित अनुपात में भिन्न होती है, जो वॉकर की गति की सीमा को भी सीमित करती है।

विशाल बुलबुले चारों ओर घूम रहे हैं

इस महीने, एक नया पेपर जंबो सुपरवॉकर के एक वर्ग को प्रदर्शित करता है जो सामान्य से दो से तीन गुना बड़ा है और तीन या चार गुना तेजी से चलता है। इन बड़े, उछलते हुए वॉकरों को जगह पर रुकने और फिर से चलना शुरू करने के लिए भी बनाया जा सकता है। दूसरे शब्दों में, वैज्ञानिक गति पर कुछ नियंत्रण पाना शुरू कर रहे हैं।

यह कैसे हासिल किया जाता है? अनिवार्य रूप से, स्नान की सतह को एक के बजाय दो आवृत्तियों पर कंपन करके। यह एक अधिक जटिल सतह बनाता है, जिसके कारण बूंदें एक घाटी से दूसरी घाटी की ओर छलांग लगाती हैं; दो आवृत्तियों के कारण, ये घाटियाँ बड़ी दूरी से अलग हो जाती हैं। बूंदों की गति को (कुछ हद तक) दो ध्वनि तरंगों के बीच के चरण द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो खड़े तरंग पैटर्न को बदल देता है।

सही चरण में, बुलबुले अपनी जगह पर ऊपर-नीचे उछलते रहते हैं। लेकिन चरण बदलने का मतलब है कि बूंदों को फिर से तेजी से दूर किया जा सकता है। आप चरण को सही ढंग से चुनकर बुलबुले को पुनः अवशोषित भी कर सकते हैं।

बूंदों की गति के नमूना वीडियो. मैं पहले तीन की अनुशंसा करता हूं: चेज़र्स_7, प्रोमेनेड_एसडब्ल्यू_2, और स्टॉप_एंड_गो_1, जो उन बिंदुओं के उदाहरण दिखाते हैं जिनकी मैंने कहानी में चर्चा की है।

आश्चर्य की बात यह है कि ध्वनि तरंगों के आयाम का गति पर सीधा प्रभाव नहीं पड़ता है। इसके बजाय यह एक तरह से शासन निर्धारित करता है। कम आयाम पर, बुलबुले केवल अपनी जगह पर उछलते हैं, फिर जैसे-जैसे आयाम बढ़ता है, बुलबुले चलने की व्यवस्था में बदल जाते हैं, और अंत में सुपरवॉकिंग व्यवस्था में बदल जाते हैं। इनमें से प्रत्येक शासन के भीतर, गति को दो आवृत्तियों के बीच सापेक्ष चरण द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

गंभीर मज़ा

अब, एक और इंक जेट प्रिंटर घटना होने के जोखिम पर, यह किस लिए उपयोगी है? व्यक्तिगत रूप से, मुझे लगता है कि यह द्रव गतिकी की शक्ति का एक अच्छा प्रदर्शन और एक मजेदार प्रयोग है। लेकिन, अगर मैं लोगों को मुझे पैसे देने के लिए मनाने की कोशिश कर रहा होता, तो मैं माइक्रोफ्लुइडिक्स पर चर्चा करता। माइक्रोफ्लुइडिक्स यह विचार है कि हम छोटे चैनलों में अभिकारकों के छोटे बुलबुले को फावड़ा करके एक चिप पर जैव रसायन विज्ञान को अधिक कुशलता से कर सकते हैं। प्रदर्शन हमेशा सचमुच अद्भुत होते हैं, लेकिन चैनल बंद हो जाने के कारण चिप्स कभी टिक नहीं पाते।

यह शोध चैनलों के बिना माइक्रोफ्लुइडिक्स की संभावना प्रदान करता है। प्रत्येक बुलबुले में अभिकारकों का अपना सेट होता है, जिसे बुलबुले को एक साथ चलाकर एकत्रित किया जा सकता है। हीटिंग को इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोतों (फिर से लेजर फीट) द्वारा लागू किया जा सकता है, जबकि शीतलन निष्क्रिय हो सकता है। और, जब आपका काम पूरा हो जाए, तो बुलबुले को स्नानघर में वापस आने दें जहां से वे आए थे। बेशक, यह चिप पर नहीं है और इसलिए 100% कम अच्छा है। लेकिन मैं हर दशक में एक बार काम करने वाली डिवाइस को ओवर कूल लूंगा।

भौतिक समीक्षा पत्र, 2019, डीओआई: 10.1103/PhysRevLett.123.024503 (डीओआई के बारे में)

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