แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะระเบิดลูกโป่งน้ำด้วยการขว้างมันไปที่กำแพง เว้นแต่ว่าบอลลูนจะยืดออกไปก่อนแล้ว นี่คือการค้นพบของนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในสหรัฐอเมริกา ซึ่งได้พัฒนาและทดลองแบบจำลองที่คาดการณ์ว่าแคปซูลยืดหยุ่นจะเสียรูปและแตกเมื่อกระทบอย่างไร งานนี้อาจมีความหมายในทางปฏิบัติในหลายพื้นที่ รวมถึงการพัฒนาขีปนาวุธควบคุมการจลาจลที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น
เทคนิคการดับไฟที่ดีขึ้น และแนวทางความปลอดภัย
ที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของความเสียหายของอวัยวะภายในระหว่างอุบัติเหตุทางรถยนต์ ตั้งแต่เซลล์เม็ดเลือดแดงไปจนถึงอวัยวะต่างๆ เช่น กระเพาะอาหารและกระเพาะปัสสาวะ แคปซูลที่มีเยื่อหุ้มยืดหยุ่นมีอยู่ทั่วไปในร่างกายของเรา แคปซูลที่ประดิษฐ์ขึ้นเองซึ่งเลียนแบบคู่ขนานทางชีววิทยานั้นเป็นเรื่องธรรมดาซึ่งใช้ในงานอุตสาหกรรมหลายประเภท ไม่ว่าจะเป็นสารอินทรีย์หรือสารสังเคราะห์ ภาชนะเหล่านี้มีไว้เพื่อขนส่งและส่งมอบของเหลวที่อาจมีแนวโน้มที่จะปนเปื้อนได้ อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความชุกของแคปซูลดังกล่าว แต่ก็ยังไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับฟิสิกส์ของสิ่งที่เกิดขึ้นกับแคปซูลเหล่านี้จากการกระแทก
ปาลูกโป่งน้ำใส่กำแพงเพื่อเติมเต็มช่องว่างความรู้นี้ (และเพื่อผลประโยชน์ของวิทยาศาสตร์อย่างเคร่งครัด) นักวิจัยที่นำโดยปิแอร์-โธมัส บรูน จากภาควิชาวิศวกรรมเคมีและชีวภาพที่พรินซ์ตันได้ทำการทดลองโดยพวกเขาได้โยนแคปซูลยางที่ผลิตขึ้นเองและเติมลูกโป่งน้ำที่ซื้อจากร้านค้า ด้วยของเหลวต่าง ๆ กับผนังเรียบ พวกเขาถ่ายภาพต่อเนื่องกันเพื่อแสดงให้เห็นว่าแคปซูลและลูกโป่งมีรูปร่างผิดปกติอย่างไรเมื่อความเร็วกระแทกเพิ่มขึ้นจากประมาณ 6 ม./วินาที เป็นเกือบ 40 ม./วินาที
นักวิจัยเปรียบเทียบผลกระทบของแคปซูลกับหยดที่ตกลงบนพื้นผิว แต่มีการดัดแปลงสองแบบ อย่างแรกคือโมดูลัสพื้นผิวของแคปซูล (พารามิเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับโมดูลัสเฉือนและความหนาของวัสดุแคปซูล) แทนที่แรงตึงผิวของหยด ประการที่สองคือในขณะที่ผลกระทบของแคปซูลอาจทำให้เกิดการเสียรูปขนาดใหญ่ที่คล้ายกับที่เห็นในการตกกระทบ
แต่แคปซูล – ซึ่งแตกต่างจากหยด – สามารถเปิดออก
และปล่อยเนื้อหาออกมา แคปซูลยังเปลี่ยนรูปตามหน้าที่ของหมายเลข Reynolds ซึ่งอธิบายการไหลของของไหลและแสดงอัตราส่วนของแรงเฉื่อยและความหนืดของของไหล และเปลือกยืดหยุ่นที่เทียบเท่ากับหมายเลขเวเบอร์ของมัน ซึ่งเป็นการวัดความเฉื่อยของของเหลวเมื่อเปรียบเทียบกับ แรงตึงผิวของมัน
ต้องยืดก่อนจากการเปรียบเทียบเปรียบเทียบระหว่างหยดของเหลวกับของเหลวที่แก้ไขแล้ว Brun และเพื่อนร่วมงานได้สร้างแบบจำลองที่คาดการณ์ในเชิงปริมาณการเสียรูปสูงสุดของแคปซูลหรือบอลลูนน้ำ และการแตกที่อาจเกิดขึ้นได้เมื่อมีการกระแทก
“เราพบว่าแคปซูลยืดหยุ่นได้ เราจำเป็นต้องยืดมันล่วงหน้าโดยเติมของเหลวที่เกินปริมาตรของแคปซูลเมื่อพัก” บรุนบอกกับPhysics World “ตอนนี้เราสามารถคาดการณ์ได้ว่าจำเป็นต้องใช้อัตราเงินเฟ้อเท่าใดในการแตกแคปซูลในช่วงความเร็วกระแทกที่กำหนด”
บอลลูนระเบิดเข้าหาความเร็วของเสียง
ระเบิดเมื่อตั้งใจเท่านั้นตามที่นักวิจัยของพรินซ์ตัน โมเดลของพวกเขาสามารถทำให้ง่ายต่อการออกแบบแคปซูลที่ระเบิดเมื่อตั้งใจเท่านั้น การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ ขีปนาวุธควบคุมการจลาจลที่ปลอดภัยกว่าที่จะระเบิดด้วยความเร็วกระแทกที่ต่ำกว่า เพื่อหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บสาหัสต่อผู้คนที่เป็นเป้าหมาย และแคปซูลอีลาสโตเมอร์สำหรับดับเพลิงที่สามารถโยนลงบนกองไฟขนาดเล็กในบ้านหรือปล่อยจากเครื่องบินเพื่อต่อสู้กับไฟลุกไหม้ขนาดใหญ่ โมเดลนี้สามารถช่วยกำหนดแนวทางด้านความปลอดภัยที่ลดความเสี่ยงของอวัยวะภายในที่ระเบิดจากอุบัติเหตุทางรถยนต์ได้
แม้ว่างานปัจจุบันซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในNature Physicsจะเน้นที่วัตถุขนาดมหึมา นักวิจัยเชื่อว่าแบบจำลองของพวกมันสามารถขยายไปถึงระดับจุลภาคได้ “การเปรียบเทียบอย่างง่ายระหว่างหยดและแคปซูลยืดหยุ่นที่เราได้แสดงให้เห็นอาจมีประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของเหลวที่ซับซ้อนอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับแคปซูล – ตัวอย่างเช่นการเสียรูปของไมโครแคปซูลที่เพิ่งสังเกตได้ในช่องไมโครฟลูอิด” บรุนกล่าว “ที่นี่แหล่งที่มาของการเปลี่ยนรูปจะมาจากผลหนืดที่เกิดจากของเหลวโดยรอบ”
ความก้าวหน้าส่วนหนึ่งเกิดขึ้นเพราะอีดิธ สมิธ ผู้ร่วมก่อตั้งฟาร์มผีเสื้อ Shady Oakในฟลอริดาตอนกลางตอนเหนือมีจุดอ่อนสำหรับผีเสื้อ Buckeye ทั่วไป ( Junonia coenia ) และวันหนึ่งเธอเห็นบางสิ่งที่แตกต่างออกไป “ฉันเห็นสีฟ้าสดใสที่ขอบด้านบนของปีกของบัคอาย และสงสัยว่ามันจะกลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นหรือสว่างกว่านี้ไหมถ้าฉันเพาะพันธุ์ด้วยสีน้ำเงินให้กับตัวอื่นที่มีสีน้ำเงิน” เธอเล่า
ในเวลาเพียง 12 เดือน สมิธประสบความสำเร็จในการเพาะพันธุ์บัคอายที่มีสีน้ำเงินและแวววาวกว่าพันธุ์ป่าสีน้ำตาลเด่น จากนั้น เมื่อวิดีโอของสมิธและเจ้าบัคอายสีน้ำเงินเข้าตาเธเยอร์ นักศึกษาชีววิทยาด้านวิวัฒนาการของเบิร์กลีย์คิดว่า “สิ่งเหล่านี้เป็นสีน้ำเงินจริงๆ พวกมันดูเป็นสีรุ้ง อาจเป็นสีที่มีโครงสร้าง และเป็นหนึ่งในสายพันธุ์ที่ดีที่สุด [สำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการ] – ฉันต้องตรวจสอบสิ่งเหล่านี้!”
ความงามของ Buckeye: ลิ้นชักที่เต็มไปด้วยตัวอย่างผีเสื้อ Buckeye ( Junonia coenia ) แสดงให้เห็นว่าสีของพวกมันแตกต่างจากสีน้ำตาลส่วนใหญ่ไปจนถึงสีน้ำเงินเข้มอย่างไร (มารยาท: Nipam Patel)
เธเยอร์ใช้กล้องจุลทรรศน์ฮีเลียม-ไอออน (HIM) เพื่อระบุการเพิ่มขึ้นของความหนาของเกล็ดลามินาที่ต่ำกว่าในแพทช์สีน้ำเงินบนบัคอายพันธุ์พิเศษ ลางสังหรณ์ของเธอเกี่ยวกับสีโครงสร้างนั้นถูกต้อง แต่เธอก็ต้องการทราบด้วยว่าการเปลี่ยนสีอย่างรวดเร็วที่เกิดจากการผสมพันธุ์แบบคัดเลือกของ Smith นั้นเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการทางธรรมชาติหรือไม่
เพิ่มสีสันตามกรรมพันธุ์โดยการนำตัวอย่างจากบัคอายและแพนซี่ 10 สายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด เธเยอร์ได้จับคู่โครงสร้าง HIM ที่ระบุในแต่ละแพทช์กับสเปกตรัมการสะท้อนของพวกมัน มันเป็นงานที่เข้มงวด “การฝึกมือของฉันให้ผ่าตาชั่งที่บางราวกับผนังฟองสบู่โดยไม่ทำลายมัน นั่นเป็นเรื่องยากทีเดียว” เธอกล่าว
Credit : politicaoperaria.net postalpoetry.org provinciabeticafranciscana.org puntoperpunto.info puntoperpunto.net
