Незначительные явления, такие как круговорот чайного листа в чашке, могут стимулировать научные прорывы. Парадокс чайного листа поначалу кажется несущественным, но привлек внимание Альберта Эйнштейна. Решение этого парадокса ученый представил на конференции, что вызвало большой интерес у научного сообщества. Доклад немецкого физика почти сто лет назад стал классикой, а сам парадокс существует гораздо дольше. Исследователи по всему миру продолжают использовать его в своих исследованиях. Недавно китайские ученые применили его для изучения концентрации веществ в наножидкостях.
В 1926 году Альберт Эйнштейн выступил с сообщением перед Прусской академией наук. закону БэраНа страницах своей работы физик поведал и об явлении, получившем название «парадокс чайного листа». Ученый не только представил описание этого эффекта, но и продемонстрировал механизм его функционирования. Решение парадокса Эйнштейн привел в качестве… примера для объяснения закона Бэра.
В чем же парадокс? Если заварить чай в кружке и перемешать его ложкой, чаинки начнут вращаться вокруг центра, что несоответствует физическим законам.
По убеждению Эйнштейна, при перемешивании содержимого чашки устанавливается равновесие сил.
С одной стороны, центробежная сила толкает частицы жидкости наружу, с другой — из-за трения между водой и стенками у края чашки создаётся градиент давления, который увеличивается от центра к краям и действует на ось вращения.
Распределение давлений и сила трения воды от дна и стенок создают центростремительную силу, которая толкает чаинки к центру, формируя второе течение. Это течение переносит чаинки в центр кружки.
Конечно, о парадоксе чайного листа зналиДо Эйнштейна описание этого явления и попытки его объяснения встречаются в работах физика Джеймса Томсона (1857), механика Жозефа Валантена Буссинеска (1868) и инженера-механика Александра Миловича (1913).
Сегодня этот парадокс используют во множестве научных областей: им объясняют некоторые процессы в медицине, геологии, физике и материаловедении.
Учёные из Китая, работавшие под руководством Чжан Цзехуэя в Университете Тунцзи, использовали парадокс чайного листа для изучения поведения золотых наночастиц в нанорастворах. Результаты исследования… опубликованы в журнале Science Advances.
Вначале при помощи программы для проектирования моделей и производственных циклов COMSOL MultiphysicalsУчёные исследовали взаимосвязь размещения наночастиц и скорости течения. Цель заключалась в моделировании движения наночастиц при смешивании. ламинарном потоке (его еще называют ламинарным течением).
Специалисты отслеживали путь движения наночастиц в потоке после перемешивания в течение 500 секунд. Наночастицы в центре двигались быстрее по более длинной траектории и чаще сталкивались друг с другом, концентрация их там увеличивалась, а часто они «склеивались».
Ссылаясь на результаты исследования, Чжан Цзехуэй с группой сотрудников предположил, что движение частиц малого размера будет подчиняться парадоксу чайного листа и в наножидкостях. диспергированиюНаночастицы диоксида кремния (SiO2), имеющие размер 50 нанометров, растворили в деионизированной воде и затем перенесли в особый нанораствор.
Исследователи из группы Цзехуэя оказались правы: мельчайшие частицы в наножидкостях действовали подобно чаинкам в чашке, подчиняясь загадке чайного листа.
При использовании наночастиц золота в качестве наноматериала, парадокс чайного листа во время смешивания вызвал неожиданный эффект — сверхбыструю. агрегацииОбъединение элементов в единую систему привело к образованию из частиц золота аэрогелей. Специалисты настроили размеры фрагментов этих аэрогелей в диапазоне от 10 до 200 нанометров, получив материал исключительной чистоты и высокой степени кристалличности.
Результаты нашей работы демонстрируют, что парадокс чайного листа распространяется и на наножидкости. В случае наблюдения этого явления в наножидкостях наступает неожиданный эффект сверхбыстрой агрегации, способствующий быстрому формированию аэрогелей из частиц золота при обычном перемешивании. объяснил Цзехуэй.
Исследователи считают, что их работы могут быть применены в фотокатализе для производства различных полезных материалов и в поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии, которая улучшает комбинационное рассеяние молекул для получения структурных «отпечатков пальцев» веществ даже в низких концентрациях.