Фізики вивчили поширення рідини з домішкою барвника в пористому матеріалі. Повне уявлення про змішування вони отримали завдяки хаотичним візерункам на поверхні. Стаття опублікована в журналі.
Пористі матеріали мають складну структуру. Проходячи через них, рідина рухається хаотично в різних напрямках. Якщо в такій хаотично рухомій рідині опиниться примесь, відбудеться перемішування.
Ви можете побачити цей процес безпосередньо лише у прозорих матеріалах. Але для практичного застосування важливіше вивчити рух рідини не в пористому склі, а, наприклад, у ґрунті або гравії. Отримавши опис таких процесів, можна зрозуміти, як змінюється концентрація забруднюючих речовин у воді при проходженні крізь гірські породи.
Змішування в непрозорих матеріалах вже спостерігали за допомогою рентгенівської та магнітно-резонансної спектроскопії, але ці методи дали зображення недостатньо високої якості - мікроскопічні аспекти процесу залишилися невидимими.
Джоріс Хейман (Joris Heyman) і Тангі Ле Борн (^ Tanguy Le Borgne) з Університету Ренна I разом з Даніелем Лестером (^ Daniel Lester) з Мельбурнського королівського технологічного інституту розробили новий метод, який дозволяє спостерігати за процесом протікання речовини через пористий матеріал, коли отримання зображення.
Як пористе середовище вчені взяли циліндри висотою 20 сантиметрів, заповнені кульками діаметром п'ять міліметрів або гравієм із середнім діаметром одного уламка 5,4 міліметра. Між підставами циліндрів підтримували постійний баричний градієнт, який забезпечував встановлений потік суміші води і гліцерину крізь матеріал у циліндрі.
Експеримент провели в два етапи. Спочатку в рідину тонкою голкою (r = 0,5 міліметра) ввели флуоресцентний барвник крізь одну з підстав циліндра. Після того, як барвник досяг іншої підстави, вчені поміняли напрямок потоку на зворотний.
Для збудження флуоресцентного випромінювання речовини, що проступає на поверхні, використовували лазер. Перемішування барвника відбулося, незважаючи на те, що потік рідини був повільним і не турбулентним. Картина на поверхні змінювалася з часом: барвник поширювався від однієї плями в центрі, поступово створюючи хаотичні візерунки.
Новий метод дав зображення з точністю до мікроскопічних деталей. Вчені змогли якісно оцінити змішування речовин у рідині, що протікає крізь непрозору пористу речовину.
Ми вже писали про поведінку рідин на мікромасштабах. А тут можна прочитати про те, як лазер дозволяє створити спрямовані потоки в рідині.