Парадокс чайного листа

Парадокс чайного листа — физический парадокс, заключающийся в том, что при размешивании чая в чашке круговыми движениями ложкой, мы наблюдаем, как чаинки собираются в центре чашки на дне, в то время как «здравый смысл» указывает нам на то, что под действием центробежной силы они должны были бы разместиться по краю.

Механизм этого эффекта раскрыл Альберт Эйнштейн, приведя его в качестве примера, предложенного им для объяснения закона Бэра[1].

«Парадокс чайного листа» Синим пунктиром обозначена вторичная циркуляция

«Представим чашку с плоским дном полную чая. На дне имеется несколько чаинок, которые остаются там, так как оказываются тяжелее вытесняемой ими жидкости. Если с помощью ложки заставить жидкость вращаться, то чаинки быстро соберутся в центре дна чашки. Объяснение этого явления заключается в следующем: вращение жидкости приводит к появлению центробежных сил. Эти силы сами по себе не могли бы привести к изменению потока жидкости, если бы последняя вращалась как твёрдое тело. Но по соседству со стенками чашки жидкость удерживается благодаря трению, так что угловая скорость, с которой она вращается, оказывается меньше чем в других местах, близких к центру. В частности, угловая скорость вращения, а следовательно и центробежная сила, будет меньше вблизи дна, чем вдали от него. Результатом этого является круговое движение, подобное изображенному на рисунке, которое возрастает до тех пор, пока под действием трения не станет стационарным. Чаинки сносятся в центр круговым движением, чем доказывают его существование»

— Альберт Эйнштейн (из доклада на собрании Прусской академии наук 7 января 1926 года)

Здесь важно то, что чашка неподвижна. Если же привести чашку во вращение, то после установления твёрдотельного вращения жидкости, вращающейся вместе с чашкой, чаинки, под действием центробежной силы, соберутся на периферии.

Применение

Это явление использовалось для разработки нового метода отделения красных кровяных телец от плазмы крови[2][3], для понимания систем атмосферного давления[4], а также в процессе пивоварения для отделения коагулированного осадка в водовороте[5].

Примечания
  1. Эйнштейн А. Причины образования извилин в руслах рек и так называемый закон Бэра // Успехи физических наук. — 1956, Т. LIX, вып. 1. — С. 185—188.
  2. Arifin, Dian R. (20 December 2006). “Microfluidic blood plasma separation via bulk electrohydrodynamic flows”. Biomicrofluidics. American Institute of Physics. 1 (1): 014103 (CID). DOI:10.1063/1.2409629. PMC 2709949. PMID 19693352. Архивировано из оригинала 9 December 2012. Дата обращения 2008-12-28. Lay summary – Science Daily (January 17, 2007).
  3. Pincock, Stephen. Einstein's tea-leaves inspire new gadget, ABC Online (17 January 2007). Дата обращения 28 декабря 2008.
  4. Tandon, Amit Einstein’s Tea Leaves and Pressure Systems in the Atmosphere. Дата обращения: 25 сентября 2019.
  5. Bamforth, Charles W. Beer: tap into the art and science of brewing. — 2nd. — Oxford University Press, 2003. — P. 56. — ISBN 978-0-19-515479-5.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.