Hãy hỏi bất kì ai từng phải kéo một vật nặng đi một quãng đường dài thì câu trả lời là vật càng to và càng nặng thì càng khó kéo nó đi. Đây là vì ma sát tăng theo kích thước và trọng lượng vật rắn, do diện tích tiếp xúc giữa vật và bề mặt tăng lên. Tuy nhiên, khi chuyển sang chất lỏng, thì bức tranh phức tạp hơn. Bằng cách ghi phim một chuỗi giọt dầu trên một bề mặt, một nhóm nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa tìm thấy ma sát tăng lên khi một giọt treo lơ lửng trên bề mặt.
Các giọt dầu treo lơ lửng chịu sức cản trở lớn hơn
Bức tranh không hoàn chỉnh
Rafael Tadmor, một trong các nhà nghiên cứu làm việc tại trường Đại học Lamar ở Texas, phát biểu với physicsworld.com rằng ông được thúc đẩy tiến hành nghiên cứu này bởi một niềm tin rằng bức tranh của chúng ta về các lực cơ bản trong chất lỏng vẫn còn lâu mới hoàn chỉnh. “Thay vì đo các lực một cách trực tiếp, nhiều nhà khoa học suy luận ra lực từ những phép đo góc tiếp xúc”, ông nói. Tadmor và các đồng sự trở nên hứng thú, đặc biệt, với sự tác động qua lại giữa trọng trường và dòng chất lỏng. “Tại sao một hệ chất lỏng, một giọt nước chẳng hạn, có thể vẫn ở trên một bề mặt nghiêng và không oằn đi do trọng trường?”, ông nói.
Để nghiên cứu câu hỏi này, đội đã bắt tay vào khảo sát hành trạng của các giọt dầu trên một bề mặt phẳng. Các nhà nghiên cứu thiết kế ra một thí nghiệm trong đó một số giọt dầu được đặt trên chóp đỉnh của một cánh tay đang quay dài 1 m chế tạo từ một bề mặt được xử lí đặc biệt để chống hấp thụ. Các giọt chất lỏng được đựng trong một buồng kín còn chứa một video camera. Tadmor hi vọng thu hình bất kì chuyển động nào từ các giọt chất lỏng có thể thu được từ chuyển động quay cánh tay, một quá trình bắt các giọt chất lỏng chịu một lực li tâm.
Ở một trong những cấu hình, Tadmor và đội của ông đã so sánh chuyển động của các giọt nằm trên cánh tay với chuyển động của các giọt lơ lửng bên dưới cánh tay. Biết rằng các giọt sẽ chỉ bắt đầu chuyển động một khi lực li tâm vượt quá lực ma sát, nên họ có thể suy luận ra một giá trị chính xác cho mỗi trường hợp. Họ phát hiện thấy lực li tâm cần thiết để kích hoạt sự trượt ở các giọt đang treo lơ lửng lớn hơn 27% so với lực cần thiết để làm chuyển động các giọt trên những giọt “đứng thẳng”.
Sắp thẳng hàng các liên kết
Các nhà khoa học Lamar tin rằng lực ma sát tăng thêm đối với các giọt treo là do tương tác giữa giọt dầu và bề mặt. Sự thuôn dài của giọt nước treo lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực làm cho các phân tử tại bề mặt của giọt dầu sắp thẳng hàng theo một kiểu tăng cường tương tác tại tiếp giáp dầu-bề mặt. Trong trường hợp các giọt đang nằm yên trên bề mặt của cánh tay, nơi giọt chất lỏng trở nên “bị ép” nhiều hơn, thì trọng lực vẫn làm tăng những lực này nhưng với mức độ ít hơn.
“Toàn bộ phương thức chúng ta xem xét ma sát, và đặc biệt là ma sát ướt, đã thay đổi”, theo lời Tadmor, người trích dẫn sự phát triển các cấu trúc nano trong ngành điện toán tiên tiến là một lĩnh vực có thể hưởng loại từ nghiên cứu này. Ông còn tin rằng nghiên cứu cơ bản hơn nữa có thể hưởng lợi từ việc đưa ra một kĩ thuật mới để đo các tương tác bề mặt.
Các nhà nghiên cứu dự tính phát triển nghiên cứu này bằng cách hợp tác với các nhà khoa học trong những lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, bao gồm các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Georgia, những người quan tâm với những tính chất ẩm ướt của các bề mặt cấu trúc nano. Một dự án khác với các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Rice sẽ nghiên cứu cơ chế bôi trơn của các chất lỏng kiểu chất nhờn, ví dụ như chất nhờn do ốc sên tạo ra.
Nghiên cứu sẽ đăng trên tờ Physical Review Letters.
Theo Thuvienvatly
Các giọt dầu treo lơ lửng chịu sức cản trở lớn hơn
Bức tranh không hoàn chỉnh
Rafael Tadmor, một trong các nhà nghiên cứu làm việc tại trường Đại học Lamar ở Texas, phát biểu với physicsworld.com rằng ông được thúc đẩy tiến hành nghiên cứu này bởi một niềm tin rằng bức tranh của chúng ta về các lực cơ bản trong chất lỏng vẫn còn lâu mới hoàn chỉnh. “Thay vì đo các lực một cách trực tiếp, nhiều nhà khoa học suy luận ra lực từ những phép đo góc tiếp xúc”, ông nói. Tadmor và các đồng sự trở nên hứng thú, đặc biệt, với sự tác động qua lại giữa trọng trường và dòng chất lỏng. “Tại sao một hệ chất lỏng, một giọt nước chẳng hạn, có thể vẫn ở trên một bề mặt nghiêng và không oằn đi do trọng trường?”, ông nói.
Để nghiên cứu câu hỏi này, đội đã bắt tay vào khảo sát hành trạng của các giọt dầu trên một bề mặt phẳng. Các nhà nghiên cứu thiết kế ra một thí nghiệm trong đó một số giọt dầu được đặt trên chóp đỉnh của một cánh tay đang quay dài 1 m chế tạo từ một bề mặt được xử lí đặc biệt để chống hấp thụ. Các giọt chất lỏng được đựng trong một buồng kín còn chứa một video camera. Tadmor hi vọng thu hình bất kì chuyển động nào từ các giọt chất lỏng có thể thu được từ chuyển động quay cánh tay, một quá trình bắt các giọt chất lỏng chịu một lực li tâm.
Ở một trong những cấu hình, Tadmor và đội của ông đã so sánh chuyển động của các giọt nằm trên cánh tay với chuyển động của các giọt lơ lửng bên dưới cánh tay. Biết rằng các giọt sẽ chỉ bắt đầu chuyển động một khi lực li tâm vượt quá lực ma sát, nên họ có thể suy luận ra một giá trị chính xác cho mỗi trường hợp. Họ phát hiện thấy lực li tâm cần thiết để kích hoạt sự trượt ở các giọt đang treo lơ lửng lớn hơn 27% so với lực cần thiết để làm chuyển động các giọt trên những giọt “đứng thẳng”.
Sắp thẳng hàng các liên kết
Các nhà khoa học Lamar tin rằng lực ma sát tăng thêm đối với các giọt treo là do tương tác giữa giọt dầu và bề mặt. Sự thuôn dài của giọt nước treo lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực làm cho các phân tử tại bề mặt của giọt dầu sắp thẳng hàng theo một kiểu tăng cường tương tác tại tiếp giáp dầu-bề mặt. Trong trường hợp các giọt đang nằm yên trên bề mặt của cánh tay, nơi giọt chất lỏng trở nên “bị ép” nhiều hơn, thì trọng lực vẫn làm tăng những lực này nhưng với mức độ ít hơn.
“Toàn bộ phương thức chúng ta xem xét ma sát, và đặc biệt là ma sát ướt, đã thay đổi”, theo lời Tadmor, người trích dẫn sự phát triển các cấu trúc nano trong ngành điện toán tiên tiến là một lĩnh vực có thể hưởng loại từ nghiên cứu này. Ông còn tin rằng nghiên cứu cơ bản hơn nữa có thể hưởng lợi từ việc đưa ra một kĩ thuật mới để đo các tương tác bề mặt.
Các nhà nghiên cứu dự tính phát triển nghiên cứu này bằng cách hợp tác với các nhà khoa học trong những lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, bao gồm các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Georgia, những người quan tâm với những tính chất ẩm ướt của các bề mặt cấu trúc nano. Một dự án khác với các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Rice sẽ nghiên cứu cơ chế bôi trơn của các chất lỏng kiểu chất nhờn, ví dụ như chất nhờn do ốc sên tạo ra.
Nghiên cứu sẽ đăng trên tờ Physical Review Letters.
Theo Thuvienvatly
