Von der „flüssigen Spitze“ bis zur „Tropfenmedusa“ konkurrieren Forscher um das beste Bild des Flüssigkeitsflusses

Jedes Jahr veranstaltet die Abteilung für Fluiddynamik der American Physical Society auf ihrer Jahrestagung einen Wettbewerb für die besten Bilder in verschiedenen Kategorien, die sich alle auf die Strömung von Flüssigkeiten beziehen.

Die diesjährige Galerie wurde auf der 76. Tagung der Abteilung im November in Washington, D.C. präsentiert, wobei 12 künstlerische Videos und Bilder in vier verschiedenen Kategorien ausgewählt wurden. Hier sind einige der Gewinner.

„Flüssige Spitze“

3D-Polymerdrucker erfordern eine sorgfältige Einstellung, um ihr Material auf ein Substrat aufzuspulen. Wenn zu viel Polymer zu langsam aufgetragen wird, kann dies zu musterbildenden Knicken oder Spiralen in der Fadenanordnung führen, da sich ein Teil des Fadens aufhäuft. Das Aufstapeln auf einer vorhandenen Knickspirale kann zu Unordnung und strukturellen Instabilitäten führen (siehe Video).

Hier ein Team der Princeton University zeichnet das Muster auf wenn zu wenig Material zu langsam gedruckt wird. Das resultierende Muster ergibt geordnete und stabile Schichten, eine Art „Spitze“ mit Lücken in Teilen der Struktur, was weniger Material verbraucht und den Druck beschleunigt.

Die Lücken in der Spitze können durch die Höhe der Schicht und die Druckgeschwindigkeit gesteuert werden, wodurch sich die Dichte der endgültigen gedruckten Struktur ändert. Sehen Sie sich das Video an, während Sie Bachs Violinsonate Nr. 2 in a-Moll genießen.

„Medusa fallen lassen“

Durch das Erzeugen von Vibrationen in einem kleinen Flüssigkeitstropfen in der Schwerelosigkeit entsteht ein verblüffendes Muster aus „Jets“ und „Kratern“, das dem ähnelt Schale am Samen eines Kastanienbaums.

Diese Forscher, der dieses Bild aus numerischen Simulationen erstellt hat, vergleichen Sie es mit den Haaren der Medusa, der griechischen Göttin, die die Zuschauer in Stein verwandelte. Daher nennen sie ihr Bild „Tropfenmedusa“ (siehe am Anfang dieses Artikels).

Radiale Schwingungen mit hoher Amplitude und regelmäßiger Frequenz 1040 Hertz Vibrationen führen zu chaotischen, nichtlinearen Wellen, wobei die Wellenüberlagerungen den Strahl- und Kratereffekt erzeugen, wenn der Tropfen auseinanderplatzt.

„Hydroelastisch“

Um das Zusammenspiel von Hydrodynamik und Elastizität („Hydroelastizität“) darzustellen, fotografierte diese Gruppe Objekte, die auf eine flüssige Wasseroberfläche fallen gelassen wurden. Wenn das Objekt mit ausreichender Geschwindigkeit ins Wasser eindringt, bildet sich um es herum unter der Oberfläche ein Lufthohlraum.

Normalerweise hat dieser Hohlraum glatte Wände, aber bei bestimmten Impaktoren erzeugt die Kraft des Aufpralls Vibrationen, die ein Nest seltsamer Wellen oder Wellen entlang der Wände des Lufthohlraums hinterlassen. Das Verständnis dieses Zusammenspiels könnte, wie die Autoren schreiben„haben Auswirkungen auf biologische Taucher oder konstruierte Marine- und Luft- und Raumfahrtstrukturen.“

Dynamik der Frostausbreitung

Wenn Feuchtigkeit mit einer kalten Oberfläche in Kontakt kommt, bilden sich Wassertropfen, sogenannte „Atemfiguren“. Die Tröpfchen verschmelzen zu größeren Tröpfchen, wobei sich in den leeren Zwischenräumen zwischen ihnen neue, kleinere Tröpfchen bilden. In diesem Video eine plötzliche Abkühlung der darunter liegenden Oberfläche zeigt, wie die Tröpfchen gefrieren und latente Wärme freisetzenbetrachtet mit einer Infrarotkamera.

Die Tröpfchen gefrieren von der Oberfläche nach oben; Der Frost breitet sich an der Oberfläche der Wasserkondensationsfiguren aus, indem er einzelne Tröpfchen gefriert und zwischen ihnen Eisbrücken bildet, die mit einem schönen Punkt auf den gefrorenen Tröpfchen enden. Das Video hier zeigt einige der schönen Funktionen und Bewegungen.

Weitere Galerieeinträge finden Sie hier Hier. Die Ausstellung „Travelling Gallery of Fluid Motion“, präsentiert von der American Physical Society – Division of Fluid Dynamics, ist vom 2. Oktober 2023 bis 23. Februar 2024 im Kulturprogramm der National Academy of Sciences (CPNAS) zu sehen. Es trägt den Titel „Chaosmosis: Assigning Rhythm to the Turbulent“ und befindet sich in 2101 Constitution Ave., NW, Washington, DC, National Academy of Sciences Building, Upstairs Gallery.

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