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研究探索煎饼、啤酒和厨房水槽中的液未来顺子体

物理学 2022-06-01 23:59:15

美国物理学会 信用:Pixabay/CC0公共域 机械工程师罗伯托·泽尼特(Roberto Zenit)花了2019年夏天试图解决一个现在困扰世界各地科学部门的问题:通常在库存充足的实验室进行的han ds-on流体动力学实验如何才能转移到校外?自从流感大流行爆发以来,像泽尼特这样的顶尖研究人员已经为学生找到了在家探索心流的创造性方法

泽尼特的答案最终归结为煎饼

他在布朗大学教授流体动力学实验课,其中一个实验要求学生测量粘度,这通常是通过测量小球体穿过粘稠液体并在底部沉降的速度来完成的

但是泽尼特意识到他不必那样做

厨房里充满了粘稠的液体,他只要挑一个就行了

为什么不是煎饼面糊? 今年秋天,他班上的学生,无论他们被隔离在哪里,都必须混合煎饼面糊,倒在水平面上,并测量半径扩展的速度

“通过测量这个斑点随时间增长的速度,你可以反算出粘度,”泽尼特说

在美国物理学会流体动力学分会第73届年会上,泽尼特在一个关于厨房流动的小型研讨会上描述了这个实验

除了他的煎饼粘度项目之外,研讨会还包括关于流体如何相互混合以及它们如何结合固体颗粒(如面糊或面团)的新研究

剑桥大学的研究人员描述了关于水力跳跃的新发现——那些被湍流包围的异常光滑的水圈,直接形成于厨房水龙头下

斯坦福大学博士后研究员化学工程师恩德雷·莫西格组织了这次研讨会

“厨房流程实验很容易做,”他说

“你只需要很少的设备就能提取出如此有用的流体动力学信息

" 苏黎世联邦理工学院的工程师简·韦尔曼特说,厨房是寻找灵感的天然场所

“在厨房里,我们用高界面材料做很多事情,”他说

“你必须将液体和空气混合,制成乳液,并与气泡一起工作

这是美食项目的根本问题,也是全世界厨师都知道的问题

" 韦尔曼特报告了他的团队最近的工作,通过将啤酒问题转化为流体动力学问题来解决这个问题

他研究薄膜,在最近的研究中,他一直在研究啤酒和面包中泡沫的稳定性

他说,啤酒制造商通过观察泡沫的稳定性来检查新啤酒的发酵过程

但是,他说,这个过程非常“手动”

“当他开始从流体力学的角度研究啤酒酿造时,他发现了一个丰富的研究环境

啤酒泡沫包含丰富多样的环境:毛细流动、肥皂膜和蛋白质聚集

“基本上,他们拥有工程师所能设计的所有机制,”他说

令他们惊讶的是,他的团队发现,尽管大多数啤酒都有泡沫,但不同的啤酒在泡沫背后有不同的机制

有些泡沫像肥皂膜;其他人在表面发展出强健的蛋白质网络

“他们每个人都很好地突出了问题的不同方面,”韦尔曼特说

在随后的工作中,他的团队对面包中的界面现象进行了类似的仔细观察,并发现了类似的各种行为

“他们有丰富多样的机制来稳定泡沫结构,”他说

韦尔曼特说这项工作不仅仅是啤酒和面包;它也可以作为新材料的灵感来源

“我们可以模仿这些系统,并可能使用与啤酒泡沫相同的原理来制造泡沫,”他说,这对于从喷雾隔热到农作物保护泡沫的应用都很有用

在布朗大学,泽尼特说并不是每个学生都成功完成了实验

“他们中的一些人把我的建议看得太重了,而且是在一个热锅里做的,”他说

烹饪煎饼改变了粘度——将面糊冷冻在原位——这意味着学生没有可用的数据

(但他们确实吃了早餐

) 他说,在流感大流行期间转而吃煎饼让他看到了教授粘度等基本概念的不同方法

“在常规实验中,你把这个球体放在一个容器里,然后测量它,”他说

他说,流体被简化为它的尺寸

用面糊,学生体验概念

“有了薄饼,你就能感受到粘性

"

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