Неожиданное твердоподобное разрушение в простых жидкостях

В исследовании, которое может изменить наше базовое понимание механики жидкостей, ученые из Университета Дрекселя сообщили, что при определенных условиях можно заставить простую жидкость разрушиться, как твердый объект. Недавно опубликованное в журнале Physical Review Letters исследование показывает, как вязкие жидкости могут внезапно разрушиться, если их растянуть с достаточной силой. Характер разрушения указывает на то, что вязкость — сопротивление жидкости течению — может играть более важную роль в ее механических свойствах, чем считалось ранее. Это также открывает новые возможности для манипулирования жидкостями в самых разных областях, от гидравлики до 3D-принтеров и кровеносных сосудов.

Диффузия липопротеинов в плотной желточной плазме определяется мягкостью, гидродинамикой и клеткой

В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, международная группа ученых под руководством Кристиана Гутта и Нимми Дас Антупарамбил из Университета Зигена и DESY в Гамбурге раскрыла физические принципы, управляющие движением липопротеинов в плазме яичного желтка — полупрозрачном, жидком компоненте яичного желтка. Используя передовую рентгеновскую методику на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах (European XFEL), ученые наблюдали за частицами, переносящими жир, в микросекундном масштабе времени — делая снимки, более чем в миллион раз быстрее, чем моргание глаза. В работе было показано, что диффузия липопротеинов в плотном яичном желтке не подчиняется общепринятому закону. Обычно диффузия предсказуемо замедляется с увеличением вязкости жидкости, что описывается соотношением Стокса–Эйнштейна. Однако в этой плотной среде мягкие липопротеинов движутся гораздо медленнее, чем ожидалось. Это означает, что для понимания переноса в сложных биологических жидкостях необходимы новые модели.

Эксперимент с немонотонной S-образной реологией

Исследователи Лоран Талон и Доминик Сален из Университета Париж-Сакли, Париж, Франция, теперь показали, что при определенных обстоятельствах суспензии кукурузного крахмала могут отображать полосатый рисунок с чередующимися областями высокой и низкой вязкости. Эта работа была опубликована в Европейском физическом журнале E. Тэлон и Салин решили проверить правдоподобность моделируемой реологии 2014 года. Используя суспензию кукурузного крахмала в прямой цилиндрической капиллярной трубке, учёные наблюдали ожидаемую немонотонную зависимость между давлением и скоростью потока, но не совсем так, как предполагалось: скорость потока сначала увеличивалась с давлением, но затем внезапно уменьшалась.

Вызванная возмущениями гранулярная псевдоожижение как модель дистанционного инициирования землетрясений

Изучая в лаборатории миниатюрную версию Земли и представляя её в виде реологической жидкости, которая состоит из гранул, геофизики получили математическую модель, которая количественно объясняет как землетрясение Ландерс в Южной Калифорнии в 1992 году удаленно спровоцировало второе сейсмическое событие в 415 км к северу. Новая модель точно описывает повышение давления жидкости, наблюдаемое в зоне субдукции Нанкай недалеко от Японии после серии небольших землетрясений в 2003 году. Обнаружено, что очень небольшое возмущение, небольшая сейсмическая волна, способна вызвать полную реструктуризацию зернистого материала. На короткое время гранулы ведут себя как жидкость, а не как твердое вещество. После того как пусковая экспериментальная волна прошла, трение снова берет верх, и гранулы снова застревают в новой конфигурации.

Экспериментальные ограничения на вязкость внутреннего ядра Земли

Поскольку считается, что внутреннее ядро состоит из гексагонального плотноупакованного железа (ГПУ-железа), информация о вязкости ВПУ-железа является ключом к пониманию динамики внутреннего ядра. В новом исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Solid Earth, учёные из Японии и Великобритании изучили реологию ВПУ-железа на основе экспериментов по деформации под высоким давлением и при высокой температуре.

Полукристаллический полимер течет при температурах ниже его точки плавления

Полукристаллические полимеры представляют собой твердые вещества, которые, как предполагается, могут течь только при температуре выше их температуры плавления. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, Чиен-Хуа Ту и исследовательская группа из Института исследований полимеров имени Макса Планка в Германии и Университета Янины в Греции поместили кристаллы в наноскопические цилиндрические поры, чтобы показать текучую природу полукристаллических полимеров ниже уровня их точки плавления (наряду с промежуточным состоянием вязкости до состояний расплава и кристаллов).

Масштабирование и прерывистость в турбулентных потоках упруговязкопластических жидкостей

Проведено трехмерное численное моделирование жидкостей EVP, демонстрирующих однородную изотропную турбулентность и сосредоточив внимание на их пластическом поведении. Один из наиболее важных результатов исследования был связан с распределением энергии в турбулентной жидкости EVP. В турбулентных течениях энергия передается от больших масштабов к малым через каскад вихрей и водоворотов. Это распределение энергии по шкале может быть определено количественно с помощью энергетического спектра. Выводы были опубликованы в журнале Nature Physics.

Гидродинамические свойства улучшают моделирование броуновской динамики

Исследователи из Института промышленных наук Токийского университета добавили влияние гидродинамики, которая включает свойства потока и сжимаемости воды, к компьютерному моделированию взвешенных заряженных частиц в электрическом поле. Они обнаружили, что это значительно улучшило предсказания окончательных структур по сравнению с обычными вычислительными моделями. Эта работа может помочь объяснить, как гидродинамические взаимодействия влияют на самоорганизацию взвешенных в растворе частиц, в том числе в биологических системах, таких как клетки. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Сложные коацерватные капли для изучения электродинамического отклика биологических материалов

Новое исследование, проведенное Инженерным колледжем Каллена* Университета Хьюстона в сотрудничестве с Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) и Чикагским университетом, показало простой способ стабилизации капель полиэлектролитного коацервата, которые не слипаются и не деформируются под действием электрического поля. Исследование было недавно опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Физика взаимосвязи между сцеплением и эрозией

Представлено новое исследование, в котором изучается, как сцепление между частицами может влиять на начало эрозии. Используя недавно разработанный метод, который позволяет контролировать сцепление между модельными зернами, а затем проводя эксперименты, в которых использовали струю воздуха для смещения зерен, лучше понять сцепление, которое удерживает частицы вместе; эрозию, из-за которой они разъединяются; и транспорт, который включает в себя то, как далеко перемещаются смещенные частицы.