Взрывающаяся капля
HTML-код
- Опубликовано: 10 сен 2024
- Подкрашенная капля из водно-спиртовой смеси, помещённая на поверхность подсолнечного масла, ведёт себя крайне интересным образом, выбрасывая из себя мелкие капельки. В этом ролике мы разбираемся с тем, как это происходит и почему.
Ключевые слова: эффект Марангони, капиллярная конвекция, поверхностное натяжение, испарение, Droplet explosion IYPT 2022
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass...
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
Андрей в самом начале заявляет, что для опыта нужно смешать воду и спирт. Я сразу понимаю, что это очень хороший и интересный опыт!
А я беру сразу готовый раствор!
Раствор коварен!
Очень красиво.
Вообще, физика - это всегда красиво, но красота эта не всегда так наглядна и очевидна, как, например, в показанном явлении.
Вот такое должно быть телевидение!
Я бесконечно люблю смотреть передачи Андрея Щетникова. Эти передачи есть гимн познанию. Спасибо Андрею!
Интересный эффект, и хорошая задача!
Напоминает мне задачу, предложенную когда-то на студенческом турнире трёх наук.
В ней предлагалось капать зелёнку на клей ПВА. Дробления на отдельные капли в этом случае не происходит, вместо этого образуются интересные дендридные узоры. Разбавление зелёнки изменяет параметры образующихся узоров.
спасибо за подсказку! Воспользуюсь.
Обожаю ваши выпуски. Артемка, 32 годика
Полностью согласен . Мишутка 52 годика...
Красивый эффект. Впервые вижу такой
Тоже понравилось....ищу краситель...))))
Ни один 3d не сравнится с этим, довольно простым и наглядным экспериментом!
КЛАСС И БРАВООО!!!
- Объясняете?
- Нет. Показываем.
- Красивое...
Очень красивый эксперимент и интересная физика! Спасибо вам за вашу работу
Очень красивый опыт! Пожалуйста, покажите больше таких опытов! У меня дочь 6 лет - любит всякие опыты, но что-то показать такое красивое - трудно придумать.
Про качественное объяснение тут всё очевидно для тех кто пил вино неоднократно (и при этом имеет достаточно мозгов чтобы анализировать такие вещи). Я тоже сразу про бокал вспомнил... Спиртовый раствор растекается пленкой, спирт испаряется и поверхностное натяжение оставшейся воды резко возрастает - она собирается каплями. Т.к. пленка очень однородная по толщине и размер капель получается одинаковый. Ну, остается, конечно тоже раствор спирта, но уже низкоконцентрированный, а потом спирт продалжает испаряться, поэтому капли уменьшаются и темнеют (концентрация краски растет, да и капли становятся более сферическими).
Если при чистке зубов уронить кусочек пены образовавшейся из зубной пасты в стоячую воду, то можно наблюдать как этот массив забавно дробится и разбегается в разные стороны
Это очень красиво! Поэксперементирую и покажу детям(попробую объяснить попроще)! Спасибо!
Восхитительный эксперимент!!
Сделайте выпуск про видео Дерека о "электричество не течёт по проводам" =). Думаю большинство людей явно не согласны с тем, что в этом видео было сказано.
А ещё интересная тема - волны на поверхности воды. Можно рассказать как зависит их скорость от длины волны, и что на это влияют два фактора - гравитация и поверхностное натяжение. Тема сложнее и интереснее, чем кажется =).
Про волны - мне нравится тот прикол что у гравитационных волн быстрее длинные, а у каппилярных - короткие, так что есть самые медленные, порядка сантиметра, так что у кругов на воде внутри полный штиль так как нет достаточно медленных волн чтобы там всё ещё быть
Да, тоже хочу понять, в чём дело. Пока что всё говорит о том, что именно в **лампе накаливания** ток должен возникнуть через 1 секунду. Другие лампы могут быстро загореться из-за наведенного тока (зависит о того, как они устроены).
@@hunter-speexz причем если представить что где-то в 300.000 км в цепи есть разрыв, мы замыкаем ключ, а лампочка должна или зажечься или нет. Но для этого надо знать, что же там в 1 световой секунде с проводом. И вот тут вопрос относительно уже причинно-следственных связей. Хотелось бы рассмотреть с точки зрения потока энергии именно такую ситуацию.
@@mrgoodpeople описанное вами вообще никак не должно вызывать сомнений. В данной схеме лампочка может загореться из-за наводок, эта наводка распространяется со скоростью света. Именно эта наводка как бы и передаёт информацию. На лампу накаливания такая наводка никак не должна повлиять. На схеме у Дерека нарисована именно лампа накаливания, но он почему-то в опыте использовал вроде светодиодную.
@@hunter-speexz но речь про любую нагрузку, пусть это будет просто сопротивление, которое начнёт греться. По вашему так и ключ замыкать не нужно? =). Лампочка "из-за наводок" будет гореть при изначально разомкнутой цепи.
Напоминает "солевые пальцы", только там конвекция связана с градиентами температуры и концентрации, а также с силой тяжести. Здесь, похоже, происходит экстракция спирта маслом, разбиение на капли и их стабилизация связана с поверхностными силами и испарением спирта, уменьшение количества вещества приводит к уменьшению размеров капель на периферии. Ещё, помню, конвекция Марангони связана с образованием ячеек Бенара.
@@schetnikov О солевых пальцах я узнал из книги "Физический фейерверк", там было качественное описание. В аспирантуре занимался вопросом влияния термодиффузии на направленную кристаллизацию и немного касался темы многокомпонентного массопереноса, с которым примерно те же проблемы погранслоя, что при наличии внешних полей. Интересно, как можно было бы описать солевые пальцы...
У масла поверх.наьяж.какбы.прогибается,а..капля холм, с верху скатывается и растекается давление на масло уменьшается иповерхность подкаплей выравневается
Всё с поверхностью масла и текучестю капли
А еще можно попробовать капнуть в центр спирто-водяной подкрашеной капли, каплю масла :-) Интересно, что будет тогда наблюдаться)
Ещё не затронули вопрос почему капли к краю становятся меньше - испаряется весь спирт и маслянная плёнка подсыхает, а поверхностное натяжение внутри капелек увеличивается из-за мЕньшего количестаа спирта в ней?
И при этом в капле, с уменьшением объёма за счёт испарения спирта, увеличивается концентрация пигмента, это заметно, к краям капли не только уменьшаются, но и становятся темнее.
Прямо испарение черной дыры и излучение Хокинга. :) Классно!
Сделайте пожалуйста эксперимент с потоком воздуха на теле (в трубе)с выемками. Выемки как на мяче от гольфа. Вас посмотрит очень много автолюбителей, все хотят достичь большего обьема поступившего воздуха в камеру сгорания и делают такие выемки на алюминиевых ранерах (пропускных патрубках) утверждая что эти выемки на впуске дают потоку воздуха более свободно и быстрее поступать в цилиндры.
На самом деле, чтобы действительно разобраться в этом явлении нужно знать: коллоидную химию, теорию растворимости для неэлектролитов Гильдебранда и теорию про неустойчивость струй.
Спирт, в системе вода-масло, является поверхностно- активным веществом, так как он термодинамически совместим (это можно интерпретировать как "растворяется") с водой (лучше) и маслом (хуже). А само понятие "растворимости" является комплексным параметром поверхностного натяжения и плотности энергии когезии, часто это называют параметром рестворимости, который характеризует величину межмолекулярного взаимодействия.
Молекулы изопропанола на границе вода-масло ориентируются гидрофильными концами к водной среде, а гидрофобными к маслу(мицеллярный слой), так же какая-то часть спирта уйдет в масло, - капля растекается имея градиент концентрации спирта, который уменьшается от центра к краям капли, так как спирту энергетически выгоднее быть больше в воде, чем в масле. Далее при испарении спирта его концентрация уменьшается быстрее на краях и достигает значений, когда он перестаёт "разделять" воду и масло, тогда и происходит выделение воды в отдельную фазу. При этом, из-за тепловых колебаний молекул воды и масла (их ещё называют автоколебаниями, которые и вызывают неустойчивость струй по Рэлею) образование локальных областей с градиентом концентрации спирта, которые становятся "струями" и разрушаются в соответствии с релеевской неустойчивостью (это и есть диспергирование). Размер капли часто характеризуется кретериями Вебера и капиллярным числом, чем медленнее испаряется спирт в граничных областях и меньше амплитуда и выше частота колебаний, тем меньше будут капли.
@@linaslapenas5888 Если спирт добавить в масло, то спирт раствориться в масле. Если добавить в спирто-маслянную смесь воду, то молекулы спирта мигрируют в воду (этот процесс называется экстракцией). А если в водно-спиртовую смесь добавить масло, то спирт не перейдет в масло. Вот поэтому "спирту энергетически выгоднее быть больше в воде, чем в масле".
@@linaslapenas5888 В двух словах и упрощённо это можно объяснить так: у молекулы спирта сильная полярная составляющая из-за гидроксидной группы -ОН, поэтому спирт и "предпочитает" воду.
Если хотите, чуть глубже разобраться в данном вопросе, то имеет смысл Вам почитать про двойной электрический силой (ДЭС) и поверхностно-активные вещества (ПАВ) из коллоидной химии, при желании можно составить общее представление.
Ну, а на практике, чаще всего растворимость определяют экспериментально. Что касается теорий растворимости для органических веществ, то они весьма сложны для понимания, и все сходятся на соотношении между энергией парообразования, мольным объёмом молекулы и величиной поверхностного натяжения.
А почему на краях спирт испаряется быстрее?
@@ivanlaushuk6906 "Быстрее" в том плане, что слой тоньше и эффект по краям проявляется раньше, чем в центре.
@@Attacker777 *>если в водно-спиртовую смесь добавить масло, то спирт не перейдет в масло*
Частично перейдёт, до равновесия. А если масла несоизмеримо больше, то перейдёт практически полностью.
Супер! Такую картинку когда-то видел в микроскоп на золь-гель покрытиях и долго думал о причине упорядоченного расположения пятен (так называемая cell-like структура - упорядоченная система бугорков, которая при просмотре сквозь кажется окрашенной из-за интерференции). Только теперь стал понятен механизм (там ведь тоже есть спирт, вода и "масло", в качестве которого выступает тетраэтоксисилан). Огромное спасибо!
Большой взрыв. Так возникла наша вселенная.
Блестяще Выпуск, вам Спасибо
Хорошая разминка для физиков
Очень красивый опыт ! Спасибо !
Теперь водка для меня водно-спиртовая смесь
Спасительная влага 😁
@@schetnikov Ну да, вкус и запах не тот. И 10 мг эквивалентно 100 г этанола. Им только занюхивать :)
Не пью. Совсем.
Забавно смотреть, как отделяется пятно бОльшей площади, а когда доезжает до края, становится меньше... То ли это тонкое пятно скрутилось в шар, то ли испарился спирт, оставив подкрашенную воду...
И то и другое, я думаю. Спирт испарился, плотность раствора увеличилась, капля может позволить себе собраться в шарик и утонуть глубже
А ещё заметно что дальние капли стали темнее, что ещё раз подтверждает повышение концентрации красителя за счёт испарения спирта.
Красота!
Слушайте, а ведь вода тяжелее масла. Не намного. Судя по изменению размеров капель, спирта много, раствор легкий, все происходит на поверхности масла, в ямке. А внешняя граница - это где раствор становится тяжелее масла и тонет.
Вот все обучение в школе должно быть построено по такому принципу - дети должны быть ЗАИНТЕРИСОВАНЫ , почему и отчего все это происходит , только тогда ученики будут учится с интересом , а не по принуждению .
А потом такие детки приходят на работу, а там перед ними никто не пляшет...
Красивое :D
Спасибо, очень красивый опыт и интересный эффект)
ЗдОрово!!!
❤ класс 👍
похоже на что-то живое, или тот самый "большой взрыв"
Спасибо вам!
Интересно, а если капнуть в насыщенной спиртом атмосфере, где он не испаряется. То капля просто расплывется без разрывов на мелкие?
Уважаемый Ричард Кордери, спасибо вам за ваш труд, очень познавательно!
Клёвая рубашка!
Прикольно. Лайк
Отличный преподаватель!
Потрясающая картина!
Струйки - тоже неустойчивости, наподобие тепловых термиков на поверхности земли. А вот расстояние между рожками "вируса" от чего зависит?
А я вот тоже родумал, что коронавирус напоминает :)
А вот исследовать самостоятельно очень интересно, от чего зависит количество этих струек на единицу длины. Говорят, от концентрации раствора.
Данный опыт, имеет под собой только электрическую природу!☝️🔥
Ps. Все взаимодействия здесь электрические.😉
6:00 спирт ещё и в масло хорошо уходит. как бы "испаряется" в масло )
Пары спирта легче воздуха, и по краям капли идёт испарение несколько интенсивнее, а в центре капли концентрация спиртовых паров выше. И при испарении есть ещё, и охлаждение...
И почему то предпологаю, что ещё тут замешана статика
Красиииииво
За физику лайк и подписка
Рубашка огонь!!!
Красивенько, залипательно)
Эмульгирующий фрактал)
Фрактал? Если бы маленькие капельки ещё на другие капельки разделялись бы...тогда да)))....тут на кароновирус нечто похожее))))
@@Dimon__1976 "Маленькие капельки" разделяются на тАКИЕ маленькие, что ты просто не видишь. И вообще земля плоская.)
Я себе так и представляю картину:
Галя, мне нужен спирт и масло, пойду опыты ставить)
Интересно, влияет ли испарение с отбором тепла на размер капель?
Испарение увеличивает силы поверхностного натяжения. Испарение происходит интенсивнее по краям, от того капли меньше.
Капля напоминает короновирус, со жгутиками на поверхности
любая клетка со слабым цитоскелетом это капля. и трансмембранные белки торчат из капли.
Красиво ..
В невесомости бы этот опыт повторить на сфере из масла. На земле высота по центру пятна и кромке различна(расход на периферии),соответственно появляются потоки и динамические составляющие(но?плотность пятна и продавливание в масло). Добавить бы ещё эл. заряд (заряды)для наглядности сразу после начала дробления капли.
Струйки идут в данном случае в разные стороны, потому что на каплю действует силя тяжести и поэтому струйки идут равномерно.
Первый раз такое вижу )
Как образуется снежинка? Это взрыв на стадии перехода воды в другое агрегатное состояние?
Но остался без ответа следующий вопрос: "Почему это так завораживающе красиво?"
@@hozaingor9731 Хм.. весОмый аргумент.
Это уже не физика, а психология, отдельная тема
Этот эффект напоминает большой вселенной взрыв
Красота
Чудо еси! :)
всё элементарно взаимодействие электрических полей как и всё в этом мире
Почему на темном крае формируются отдельные струи? Я бы задал вопрос иначе: почему формируются именно такого масштаба струи?
В общем, можно в рамках линейного приближения найти номер самой быстроразвивающейся гармоники, заодно выстраивая график инкремента от номера. Номер этой гармоники и будет определять размер потоков.
К примеру, в случае со спиртом, доминирует нулевая гармоника, отвечающая радиальному возмущению, а все остальные быстро диссипируют. В последующих опытах очевидно доминирование гармоники с номером порядка 40 (точно не считал). Что касается природы неустойчивости, то она имеет некую глобальную природу, т.к. определяется нелокально, а зависит от всей области внутри капли. Потому ждать чистого ответа о конкретном виде неустойчивости в такой задаче не приходится, не смотря на внешне проявляющийся характер аналога релей-тейлоровской неустойчивости.
Испарение даже не рассиатривал, т.к. это ещё один доп параметр в модель, который лишь добавит диссипации. Собственно, часть этой красоты обусловлена именно диссипацией, т.к. вихревые течения нигде себя так и не проявили. Задача не самая простая и не самая очевидная.
Что-то похожее в математическом смысле видел в цилиндрической системе координат в apj Ильин Коваленко где-то 199х годах.
Там за расширение отвечал выброс энергии(взрыв). Здесь, силы пов. натяжений разных сред. Но суть от этого не меняется.
Смоделировать нелинейную динамику численно тоже не составит большого труда. Гидродинамических Схем разного порядка точности по пространству и времени хватает. Написать код при желании и базовых навыках недолго. Ох как давно же это было, но что-то ещё вспоминается, оказывается....
После слов смешать воду и спирт уже стало интересно 😉
Плотность масла давит и чем тоньше становится струя, отделяется капля. А вот как становится меньше капля - эт надо видеть объёмно. В стакане покажите потом, чтоб видно было. Можно сделать масло поверх воды, чтоб не смешивалось, а сверху вот такую каплю капнуть и всё эт в прозрачном стакане и объёмно? Спасибо. Получится - какой объём воды выдержит какой объём масло + капля смесь. Эт даже интересно будет увидеть в объёме.
Напоминает картинку по геометрии Лобачевского (замощение плоскости Лобачевского правильными треугольниками).
Невероятно! Что? Как? Почему такое происходит?
так зародилась жизнь
магия!
Заходил на сайт турнира и стало интересно, как ее решать. Капельки появляются из-за неравномерного распределения по поверхности масла, когда капля пытается расшириться, в дело вступает неустойчивость рэлея-плато.
Это в реальном времени съёмка опыта?
2:29 Вспоминается из времен флэш-игр интересный проект. Там под музыку мышью можно было рисовать линию, которая превращалась в различные фигуры, рассказываясвою историю. Очень завораживающе было!
Вау🎉
Концентрация спирта настолько мала, что поверхностное натяжение начинает разбивать выталкиваемую за край жидкость на струйки, а затем и капельки.
А ещё при испарении спирта смесь всё ближе по свойствам к воде возвращается. То есть по границе материнской капли смачивание масла так ухудшается (видимо, достигается та самая критическая концертрация спирта, имею в виду статью Кайзера), что по краю образуется ободок с большей толщиной. То есть толщина плёнки из водноспиртовой смеси увеличивается. Ну и оторвётся - пов. натяжение поможет.
Здравствуйте, скажите, пожалуйста, какое пятно вы использовали для этого эксперимента?
До недавнего времени , химия нравилась больше))
Почему каждая из отделившихся мелких капелек не распадается, в свою очередь, на еще более мелкие капли?
Полагаю, потому что спирт уже испарился, а вода приняла максимально энергетически выгодную форму сферы (сумма площадей множества мелких сфер больше чем для одной большой при равном объёме + мы схожую ситуацию видим, когда просто капаем воду в масло, без спирта).
@@user-mt2ku9es2m да, пожалуй, так и есть
Электросварка плавящимся электродом.
Вот интересно, а когда капаешь моющее средство на жирный противень залитый водой, происходить подобный эфект
Моющие средства разве испаряются? Тут за счёт испарения спирта же такая красота.
Возникает тогда вопрос, спирт смешивается с водой в любых пропорциях хорошо, как тогда меняется концентрация спирто-водяного раствора и испарении?
Попробуй в воду добавит немного хозяйственного мыло.. Оно вообще убирает поверхностное натяжение
У вас есть видео "Вязкие пальцы в ячейке Хеле-Шоу", выложено 5 лет назад. Вот на эти пальцы похоже, кмк. Масло выдавливает каплю на поверхность и граница разрывается
@@schetnikov да, я как раз про начало появления "пальца"
Класс. А почему более мелкие капельки не распадаются?
Какая физика?! О чем Вы?! Я залип, наблюдая за процессом! :-)
Спирт растаскивает воду, параллельно испаряясь
Более правдоподобная версия об образовании вселенной, чем какой то там взрыв
👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻
прозрел
Вижу волновое поле!!!
Странное обьяснение: «... потому, что это энергетически выгодно...». Кому выгодно? Неужели богу, или умной смеси?
люди пишут "физика, физика, напоминает тот или иной эффект", а мне почему-то вспомнился фильм "Реквием по мечте".
Оболдеть красота. Но я восхищаюсь рубашкой… тоже эксперимент?
Тоже прошу сделать выпуск про видео Дерека о "электричество не течёт по проводам". Пока ни Бояршинов ни Дерек ничего конкретного не сказали, так сказать поверхностно рассмотрели суть дела, опираясь на высокоуровневые понятия (используя такие понятия очень легко чего-то не досмотреть) и не пытаясь посмотреть на всю ситуацию через базовые понятия. И я не могу понять, почему они из своего рассуждения упускают один важный момент: чтобы ток мог возникнуть, необходимо чтобы было куда течь.
Тут всё просто. Открываете курс "электричество", который проходят на любом физфаке на втором курсе и внимательно изучаете тему про вектор Пойтинга, его определение, физ.смысл, смотрите базовые примеры и просветляетесь.
6:40 -- а почему сила поверхн. натяж. на участок жидкости направлена вовне?
Там, где сплошная плёнка - ещё можно списать на повышение концентрации воды с радиусом.
Но там, где уже плёнка разорвана на капли (и капли достаточно мелкие, чтобы градиента в них уже не было) - что заставляет капли двигаться?
Спирт испаряется все больше и больше, и остаётся только вода - а она остаётся каплей на поверхности масла. Вот и получаются такие капельки
Сделайте пожалуйста ,такой опыт , нагрейте ложку из нержавейки на 150 гр и капните одну каплю воды на ложку , почему капля бегает на ложке не испаряяс.
Струя из под крана утоньшается из за набора скорости и... Снижения давления внутри сруи. Потом натяжение.
Очень интересна зависимость размера отрывающихся капель от температуры. Мне кажется, что с повышением температуры капли будут уменьшаться.
Стоит наверное говорить не про температуру, а вообще про любые параметры, которые на поверхностное натяжение влияют. Концентрация начальная спирта в воде, температура, тип спирта (никто же не говорит, что надо именно изопропил брать). Можно наверное ещё и поверхностное натяжение воды поменять, добавив туда ПАВ.
за саунд к The Fringe спс
В начале было - чашко Петри )))
в термодинамически неравновесных системах поверхностное натяжение границ жидких фаз может становиться и отрицательным-распирающим (впрочем ♻ как и субъективное восприятие политики оператора мусоровозной компании, который приписывает законно-обязательное потребление своих услуг по вывозу общих коммунальных отходов стандартного качества и с нормативной производительностью из индивидуальных жилищных пространств на индивидуальных жилплощадях)
Интересно что будет,если задать осевое вращение ,способное задать импульс инерции капелькам !!!