TOP STORIES TOP VIDEOS Web TV Αρθρογραφια Κοινωνία Μετεωρολογία και Κλίμα

Τα “μαγικά” παιχνίδια της Φυσικής με το χιόνι-Η ροή Μαραγκόνι

Τις σαπουνόφουσκες που παίζαμε όταν είμαστε μικροί όλοι τις θυμόμαστε. Τι συμβαίνει όμως οταν αυτές οι σαπουνόφουσκες βρεθούν πάνω σε μια επιφάνεια όπου η θερμοκρασία του περιβάλλοντος βρίσκεται κάτω από τους -7 βαθμούς Κελσίου ;  Πριν από λίγες μέρες στο διαδίκτυο ανέβηκε μια ανάρτηση στο Twitter από την Σκωτία,   που μας δείχνει να σχηματίζεται και να παγώνει κάπως “παράξενα”  μια καταπληκτική φούσκα από πάγο .  Καθώς πίσω από όλα τα φαινόμενα “κρύβεται” η Φυσική, σκέφτηκα να πούμε δυο λόγια και να εξηγήσουμε το πώς και γιατί σχηματίζονται αυτές οι φούσκες.

Ας δούμε και άλλο ένα video πριν προχωρήσουμε παρακάτω .

Please accept YouTube cookies to play this video. By accepting you will be accessing content from YouTube, a service provided by an external third party.

YouTube privacy policy

If you accept this notice, your choice will be saved and the page will refresh.

Παρατηρήστε οτι ο πάγος αρχίζει να αναπτύσσεται κανονικά, παγώνει πρώτα από το κάτω μέρος, εκεί όπου αγγίζει το χιόνι και επεκτείνεται προς τα πάνω, αλλά στη συνέχεια, ξαφνικά, στην επιφάνεια της φούσκας εμφανίζονται εκατοντάδες κρύσταλλοι που στροβιλίζονται. Το φαινόμενο αυτό καλείται ροή Marangoni ή φαινόμενο Gibbs-Marangoni . Σχετίζεται με τη μεταφορά μάζας κατά μήκος μιας διεπαφής μεταξύ δύο υγρών λόγω επιφανειακής τάσης. Στην περίπτωση της θερμοκρασιακής εξάρτησης, δηλαδή εκεί όπου έχουμε διαφορές θερμοκρασιών το φαινόμενο ονομάζεται θερμο-τριχοειδής ανάπτυξη (thermo-capillary convection)

frozen-bubble-3191548_960_720-300x200

Το φαινόμενο αυτό και συγκεκριμένα αυτή η ροή εντοπίστηκε για πρώτη φορά στα λεγόμενα «δάκρυα του κρασιού» από το φυσικό James Thomson (αδελφό του Λόρδου Kelvin) το 1855) ενω η ολοκληρωμένη εξήγηση δόθηκε από τον Ιταλό φυσικό Carlo Marangoni, ο οποίος μελέτησε το φαινόμενο στη διδακτορική του διατριβή στο Πανεπιστήμιο της Pavia και δημοσίευσε τα αποτελέσματά του το 1865. Μια ολοκληρωμένη θεωρητική αντιμετώπιση του φαινομένου δόθηκε από τον J. Willard Gibbs στο έργο του On the Equilibrium of Heterogeneous Substanceς   Η θεωρητική εξήγηση φυσικά και δεν γίνεται σε αυτό το άρθρο,  γιατί ξεφεύγει από τον σκοπό μας .

werewerr-300x91

ΜΙΑ ΑΠΛΗ , ΑΛΛΑ ΟΧΙ ΑΠΛΟΙΚΗ ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ

Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει  διότι στο ρευστό “αρέσει”  να ρέει πάντα από τις θερμές περιοχές με χαμηλότερη επιφανειακή τάση,  σε ψυχρές περιοχές με μεγαλύτερη επιφανειακή τάση. Αν θυμάστε από τα βιβλία φυσικής του Λυκείου τα μόρια στην επιφάνεια των υγρών φέρονται ως μη δεκτικά εξωτερικών δυνάμεων, από υπερκείμενα μόρια, με συνέπεια να έλκονται μεταξύ τους και προς το εσωτερικό της υγρής μάζας, από δυνάμεις συνοχής. Συνέπεια αυτού είναι να δημιουργείται μια συνισταμένη δύναμη, τάση, που ονομάζεται επιφανειακή τάση

Έτσι οι κρύσταλλοι ρέουν από την παγωμένη επιφάνεια του χιονιού προς την θερμότερη κορυφή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το υγρό νερό περιέχει περισσότερη ενέργεια από το παγωμένο νερό, και αυτό σημαίνει ότι όταν το νερό παγώνει, αποβάλλει κάποια από αυτή την λανθάνουσα θερμότητα, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Αυτά τα ρεύματα που δημιουργούνται είναι εκείνα που  μεταφέρουν αυτούς τους στροβιλισμούς κρυστάλλων πάγου πάνω και γύρω από την σαπουνόφουσκα, δημιουργώντας πολλαπλά νέα σώματα ψύξης.

Αρχικά αυτοί οι μικροσκοπικοί κρύσταλλοι είναι πολύ μικροί για να μπορέσουμε να τους δούμε με το ανθρώπινο μάτι, αλλά μετά από περίπου ένα δευτερόλεπτο ροής Marangoni, εκατοντάδες μικροσκοπικά σωματίδια πάγου αναπτύσσονται μέσα στο λεπτό φιλμ, “ζεσταίνοντας” σύντομα το περιβάλλον υγρό. Αυτό, ωστόσο, δεν συμβαίνει πάντοτε και εξαρτάται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

dasddsda-300x91

Παρακολουθείστε ένα άλλο παράδειγμα που οφείλεται στην επιφανειακή τάση,  η οποία αναπτύσσεται μεταξύ δύο επιφανειών με πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά. Σε μια επιφάνεια νερού απλώνουμε πιπέρι και μετά ρίχνουμε από πάνω της μια σταγόνα σαπούνι. Δείτε τι συμβαίνει !

Please accept YouTube cookies to play this video. By accepting you will be accessing content from YouTube, a service provided by an external third party.

YouTube privacy policy

If you accept this notice, your choice will be saved and the page will refresh.

Ανάλογο φαινόμενο λόγω επιφανειακής τάσης συμβαίνει μεταξύ ενός λεκέ και ενός σαπουνιού, το οποίο βρίσκει εφαρμογή στα κλασσικά και τα σύγχρονα απορρυπαντικά ! Οι λεκέδες απομακρύνονται λόγω αυτού του φαινομένου . 

sapoyni-300x123

Περισσότερα αύριο από το News247

Θοδωρής Κολυδάς

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *