あなたが新しいスリルを求めているウォータースポーツのファンなら、逆さまのセーリングはどうですか?アイデアはそれほど奇抜ではないかもしれません。新しい研究では、物理学者は、空中に浮遊する液体の層の下側に小さなボートを浮かべることに成功しました (上のアニメーションを参照)。この発見は、いくつかの異常な航海の可能性を開くだけでなく、浮力に対する私たちの理解を文字通りひっくり返します。
ボートが浮く理由の背後にある科学は、古代ギリシャの数学者アルキメデスが重力の下向きの力が押しのけられた水からの上向きの圧力によってどのように釣り合っているかを説明して以来、ほとんど変わっていません。しかし振動は、重力に逆らう奇妙な行動を引き起こす可能性があります。 1951 年、ロシアのノーベル賞受賞物理学者ピョートル・カピツァは、振り子を上下に急速に振ると、振り子が自然な安定位置に振り下ろされるのではなく、直立してバランスがとれることを説明しました。それ以来、科学者たちは振動を利用して、液体を空中で浮揚させ、気泡を上昇させるのではなく沈ませてきました。新しい研究は、浮力の法則を逆転させることもできることを示唆しています.
オークランド大学のエンジニアである Vladislav Sorokin は次のように述べています。 「私はこの分野でしばらく研究を続けてきましたが、このようなものが発見されるとは思っていませんでした。」
この発見には偶然の一致があったと、ESPCI Paris の物理学者で研究を率いた Emmanuel Fort は言う。以前の実験では、振動する容器内の粘性流体をホバリングさせることができることが示されていました。これは、液体の一部が滴り落ちようとするたびに、揺れがそれを押し戻す反対の力を提供するためです.これにより、流体の下面が壊れるのを防ぎ、その下に空気のクッションを閉じ込めます。
しかし、光学とイメージングに重点を置いているラボの Fort は、この以前の研究に気づいていませんでした。彼と彼の同僚は、Kapitsa の振り子に触発され、液体中で同様の動作を再現できるかどうかを確認しました。彼らは、振とう機の上にプレキシガラスの容器を作り、シリコンオイルやグリセロールなどの粘性液体を入れました。次に、針を使って底に空気の層を注入し、振動する液体がその上に浮いているのを見ました.
この現象が数十年前に記録されていたことに気づいた後、Fort 氏は、浮揚する液体層に小さなビーズを入れて実験をさらに微調整し、液体の下側に安定して浮いていることを確認したと述べています。 「まったく予想外でした」とフォートは言います。視覚的なインパクトのために、彼らはビーズを小さなモデル ボートに交換し、上面と下面の両方で同時に浮かせることができることを発見しました.
研究者たちは、浮力の影響が流体の下側にどのように反映されるかを説明するモデルを作成しました。通常、わずかな乱れは、オブジェクトを自由空気に押し下げて落下させるか、浮力が引き継いでそれを押し上げる液体に上昇させる必要があります。しかし、強い振動はこれらの乱れを打ち消すことができます。それらは、下向きの重力と上向きの浮力が完全にバランスする下面でオブジェクトを安定に保ちます、とチームは今日 Nature で報告しています .
スタントが実際に使用できるかどうかはまだ明らかではありません。振動は、鉱物処理や化学反応のために流体中の気泡の動きを制御するために使用されてきましたが、ソロキン氏は、この新しい発見が同様に役立つかどうかを判断するには、さらなる研究が必要であると述べています.より大きな貢献は、振動システムが未発見のエキゾチックな動作をまだ保持していることを示している、と彼は付け加えます.
チームのセットアップでは、0.5 リットルを超える液体を使用することはありませんでしたが、その方程式は、容量を制限する唯一のものは振とう機の強さであることを示唆しています。また、このアプローチは粘性液体ではうまく機能しますが、水ではうまく機能しません、と Fort は言います。したがって、粘り気のある鉱油の海に飛び込むことに満足していない限り、逆さまのセーリングの夢は無駄になるかもしれません.
