چرا شیر آب شما چکه میکند: تجزیه جت آب به دلیل امواج حرارتی کاپیلاری در مقیاس آنگستروم
توسط دانشگاه آمستردام
ویرایش شده توسط گابی کلارک، بازبینی شده توسط رابرت ایگان
یادداشتهای سردبیر
این مقاله مطابق با فرآیند و سیاستهای سردبیران Science X بررسی شده است. سردبیران ویژگیهای زیر را برجسته کردهاند در حالی که بهدستیابی به اعتبار محتوا توجه داشتهاند:
تأیید صحت
مقاله بازنگری همتا
منبع معتبر
بازخوانی
برخی از پدیدههای روزمرهمان آنقدر رایجاند که بهراستی متوجه نبودیم که پشت آنها فیزیک جالبی نهفته است. به عنوان مثال، شیر آب که آب میچکد: چرا جریان پیوستهٔ آب از شیر در نهایت به قطرات مجزا تقسیم میشود؟ تیمی از فیزیکدانان این سؤال را بررسی کردند و به نتایج شگفتانگیزی دست یافتند.
پیشرفت در درک چگونگی تجزیه جت آب به قطرات توسط تیمی متشکل از استفن کوییج، دانیل تی. اِی. جردن، سیز ج. ام. وان راین و دانیل بون از دانشگاه آمستردام (مؤسسه وندر-والز‑زیمن / مؤسسه فیزیک) بههمراه نیل م. رایب از دانشگاه پاریس‑ساکلای انجام شد. این مطالعه در مجلهٔ Physical Review Letters منتشر شده است.
امواج کوچک، پیامدهای بزرگ
در مطالعهٔ خود با عنوان «چه عاملی طول تجزیهٔ جت را تعیین میکند؟»، نویسندگان بهطور قانعکننده نشان میدهند که برهمکنشهای اولیهای که به تجزیهٔ جتهای لامینار مایعات به قطرات منجر میشوند، عمدتاً ناشی از نویز خارجی، توربولانس یا عیوب نازل نیستند، همانطور که معمولاً فرض میشود.
بهجای آن، آزمایشهای گستردهٔ آنها که با استفاده از طیف وسیعی از مایعات، نازلها و شرایط جریان انجام شدهاند، نشان میدهد که برهمکنشهای تعیینکننده ناشی از امواج کاپیلاری حرارتی ذاتی هستند — نوسانهای حرارتی در مقیاس آنگستروم.
فرآیند پایه مشابه حرکت براونی است؛ جایی که حرکتهای تصادفی مولکولی باعث میشود ذرات میکروسکوپی «رقص» کنند. پژوهشگران کشف کردند که در مورد جتهای مایع، نوسانهای حرارتی مشابه بر روی سطح جت آب بهتنهایی کافی است تا نهایتاً جت به قطرات تجزیه شود. این ارتعاشات ریز، که اندازهٔ آنها فقط چند آنگستروم است، سپس توسط ناپایداری ریلن‑پلاتو (Rayleigh‑Plateau instability) تقویت میشوند تا جت شکسته شود.
از نانو جتها تا ماکرو جتها
تیم با تجزیه و تحلیل تصویرهای مدولاسیون پرتوی و تغییرات سیستماتیک پارامترها، توانست این فرضیه را تأیید کند و توافق شگفتآوری بین طول تجزیهٔ که بهصورت تجربی اندازهگیری شده است (طول شکست) و مدلی مبتنی بر نویز حرارتی یافت که در هفت مرتبهٔ توان مقیاس معتبر است — از نانو جتهای مورد اشاره تا جتهای ماکروسکوپی بزرگ مانند آنهایی که از شیر آب سرازیر میشوند.
این پژوهش نظریهای نزدیک به ۲۰۰ ساله دربارهٔ اهمیت نویز خارجی در تشکیل قطرهها را بهچالش میکشد و نشان میدهد که حتی در سیستمهای بهدقت ایزوله، طول شکست در نهایت توسط یک مکانیزم حرارتی بنیادی تعیین میشود. این بینشها دانش بنیادی جدیدی را برای حوزههای مختلف کاربردی که شامل تشکیل قطره هستند، مانند چاپ جوهرافشان، فناوری مواد غذایی و تحویل داروهای آئروسل فراهم میآورند.
اطلاعات بیشتر: استفن کوییج و همکاران، «چه عاملی طول تجزیهٔ جت را تعیین میکند؟»، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/jf6w‑l5sy
اطلاعات مجله: Physical Review Letters
ارائهشده توسط دانشگاه آمستردام
استناد: چرا شیر آب شما چکه میکند: تجزیه جت آب به دلیل امواج حرارتی کاپیلاری در مقیاس آنگستروم (2025، 1 دسامبر)؛ دریافت شده در ۲ دسامبر 2025؛ از https://phys.org/news/2025-12-faucet-jet-breakup-angstrom-scale.html
این سند تحت حقوق معنوی است. بهاستثنای هرگونه استفاده منصفانه برای مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی از آن بدون اجازهنویسدهی مجاز نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعرسانی ارائه شده است.