Giọt chất lỏng treo lơ lửng chịu lực ma sát lớn hơn

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...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giọt chất lỏng treo lơ lửng chịu lực ma sát lớn hơn Giọt chất lỏng treo lơ lửng chịu lực ma sát lớn hơnHãy hỏi bất kì ai từng phải kéo một vật nặng đi mộtquãng đường dài thì câu trả lời là vật càng to và càngnặng thì càng khó kéo nó đi. Đây là vì ma sát tăngtheo kích thước và trọng lượng vật rắn, do diện tíchtiếp xúc giữa vật và bề mặt tăng lên. Tuy nhiên, khichuyển sang chất lỏng, thì bức tranh phức tạp hơn.Bằng cách ghi phim một chuỗi giọt dầu trên một bềmặt, một nhóm nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa tìm thấy masát tăng lên khi một giọt treo lơ lửng trên bề mặt.Các giọt dầu treo lơ lửng chịu sức cản trở lớn hơnBức tranh không hoàn chỉnhRafael Tadmor, một trong các nhà nghiên cứu làmviệc tại trường Đại học Lamar ở Texas, phát biểu vớiphysicsworld.com rằng ông được thúc đẩy tiến hànhnghiên cứu này bởi một niềm tin rằng bức tranh củachúng ta về các lực cơ bản trong chất lỏng vẫn cònlâu mới hoàn chỉnh. “Thay vì đo các lực một cách trựctiếp, nhiều nhà khoa học suy luận ra lực từ nhữngphép đo góc tiếp xúc”, ông nói. Tadmor và các đồngsự trở nên hứng thú, đặc biệt, với sự tác động qua lạigiữa trọng trường và dòng chất lỏng. “Tại sao một hệchất lỏng, một giọt nước chẳng hạn, có thể vẫn ở trênmột bề mặt nghiêng và không oằn đi do trọngtrường?”, ông nói.Để nghiên cứu câu hỏi này, đội đã bắt tay vào khảosát hành trạng của các giọt dầu trên một bề mặtphẳng. Các nhà nghiên cứu thiết kế ra một thí nghiệmtrong đó một số giọt dầu được đặt trên chóp đỉnh củamột cánh tay đang quay dài 1 m chế tạo từ một bềmặt được xử lí đặc biệt để chống hấp thụ. Các giọtchất lỏng được đựng trong một buồng kín còn chứamột video camera. Tadmor hi vọng thu hình bất kìchuyển động nào từ các giọt chất lỏng có thể thuđược từ chuyển động quay cánh tay, một quá trìnhbắt các giọt chất lỏng chịu một lực li tâm.Ở một trong những cấu hình, Tadmor và đội của ôngđã so sánh chuyển động của các giọt nằm trên cánhtay với chuyển động của các giọt lơ lửng bên dướicánh tay. Biết rằng các giọt sẽ chỉ bắt đầu chuyểnđộng một khi lực li tâm vượt quá lực ma sát, nên họcó thể suy luận ra một giá trị chính xác cho mỗitrường hợp. Họ phát hiện thấy lực li tâm cần thiết đểkích hoạt sự trượt ở các giọt đang treo lơ lửng lớnhơn 27% so với lực cần thiết để làm chuyển động cácgiọt trên những giọt “đứng thẳng”.Sắp thẳng hàng các liên kếtCác nhà khoa học Lamar tin rằng lực ma sát tăngthêm đối với các giọt treo là do tương tác giữa giọtdầu và bề mặt. Sự thuôn dài của giọt nước treo lơlửng dưới tác dụng của trọng lực làm cho các phân tửtại bề mặt của giọt dầu sắp thẳng hàng theo một kiểutăng cường tương tác tại tiếp giáp dầu-bề mặt. Trongtrường hợp các giọt đang nằm yên trên bề mặt củacánh tay, nơi giọt chất lỏng trở nên “bị ép” nhiều hơn,thì trọng lực vẫn làm tăng những lực này nhưng vớimức độ ít hơn.“Toàn bộ phương thức chúng ta xem xét ma sát, vàđặc biệt là ma sát ướt, đã thay đổi”, theo lời Tadmor,người trích dẫn sự phát triển các cấu trúc nano trongngành điện toán tiên tiến là một lĩnh vực có thểhưởng loại từ nghiên cứu này. Ông còn tin rằngnghiên cứu cơ bản hơn nữa có thể hưởng lợi từ việcđưa ra một kĩ thuật mới để đo các tương tác bề mặt.Các nhà nghiên cứu dự tính phát triển nghiên cứunày bằng cách hợp tác với các nhà khoa học trongnhững lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, bao gồm cácnhà nghiên cứu tại trường Đại học Georgia, nhữngngười quan tâm với những tính chất ẩm ướt của cácbề mặt cấu trúc nano. Một dự án khác với các nhànghiên cứu tại trường Đại học Rice sẽ nghiên cứu cơchế bôi trơn của các chất lỏng kiểu chất nhờn, ví dụnhư chất nhờn do ốc sên tạo ra.Nghiên cứu sẽ đăng trên tờ Physical Review Letters.