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流体力学において、茶葉のパラドックスとは、カップに入ったお茶の中の茶葉が、らせん状の遠心分離機で予想されるようにカップの縁に押しやられるのではなく、かき混ぜられた後にカップの中央と底に移動する現象である。
このパラドックスの正しい物理的説明は、 1857年にジェームズ・トムソンによって初めてなされました。彼は、二次流（地球の大気とティーカップの両方）の出現を「底の摩擦」と正しく結び付けました。 [2]環状チャネルにおける二次流の形成は、1868年にジョセフ・ヴァレンティン・ブシネスクによって理論的に扱われました。 [3]川の湾曲部の流れにおける底近くの粒子の移動は、1913年にA・Y・ミロヴィッチによって実験的に調査されました。[1]この解決策は、アルバート・アインシュタインが1926年の論文で初めて提示され、その中で彼は川岸の浸食を説明し、ベールの法則を否定しました。[4] [5]
説明
かき混ぜるとカップの中の水が回転し、外側に遠心力が働く。しかし、底部付近では摩擦によって水の流れが遅くなる。そのため、遠心力は底部付近では上部よりも弱くなり、上部では外側に、外縁に沿って下方に、底部に沿って内側に、葉を中央に持ってきて再び上昇するという二次的な円形（螺旋状）の流れが生じる。[5]
アプリケーション
この現象は、赤血球を血漿から分離する新しい技術の開発に利用されてきました。[6] [7]大気圧システムを理解するためにも利用されてきました。 [ 8] また、ビール醸造 の過程で渦流中の凝固した不純物を分離するためにも利用されてきました。 [9]
参照
- ベール・バビネの法則、別名ベールの法則 – 地球の自転による川の形成に関する理論
- エクマン層 – 液体中の力の平衡層
- 二次流れ – 非粘性仮定によって一次流れに重ね合わされた比較的小さな流れ
参考文献
- ^ ab彼の研究結果は、 Joukovsky NE (1914)「川の曲がり角における水の動きについて」Matematicheskii Sbornik 29に引用されている。再版：Collected works. Vol. 4. Moscow; Leningrad. 1937. pp. 193–216, 231–233（英語の要約）。
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所が見つかりません 発行者 (リンク) - ^ ジェームズ・トムソン「大気循環の大流について」（1857年）。ケンブリッジ大学物理学・工学論文集、1912年、144-148 djvuファイル
- ^ ブシネスク J. (1868)。 「流体の影響に関する記憶」(PDF)。Journal de mathématiques pures et appliquées。 2eシリーズ。13 : 377–424。 2022 年 3 月 17 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ Bowker, Kent A. (1988). 「アルバート・アインシュタインと蛇行する川」.地球科学史. 1 (1): 45. Bibcode :1988ESHis...7...45B. doi :10.17704/eshi.7.1.yk72n55q84qxu5n6 . 2008年12月28日閲覧。
- ^ アルバート、アインシュタイン (1926 年 3 月)。 「Die Ursache der Mäanderbildung der Flußläufe und des sogenannten Baerschen Gesetzes」。Die Naturwissenschaften。14 (11)。ベルリン / ハイデルベルク: スプリンガー: 223–4。ビブコード:1926NW....14..223E。土井：10.1007/BF01510300。S2CID 39899416。英語訳: 河川の蛇行形成の原因といわゆるベーアの法則、2017 年 12 月 12 日にアクセス。
- ^ Arifin, Dian R.; Leslie Y. Yeo; James R. Friend (2006 年 12 月 20 日). 「バルク電気流体力学フローによるマイクロ流体血漿分離」. Biomicrofluidics . 1 (1). American Institute of Physics : 014103 (CID). doi :10.1063/1.2409629. PMC 2709949. PMID 19693352. 2012 年 12 月 9 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年 12 月 28 日閲覧。
- 「アインシュタインの茶葉が新しい血液分離技術にヒントを与える」。サイエンス デイリー(プレス リリース)。2007 年 1 月 17 日。
- ^ ピンコック、スティーブン（2007年1月17日）。「アインシュタインの茶葉が新しいガジェットを刺激」ABCオンライン。 2008年12月28日閲覧。
- ^ Tandon, Amit; Marshall, John (2010). 「アインシュタインの茶葉と大気中の圧力システム」. The Physics Teacher . 48 (5): 292–295. Bibcode :2010PhTea..48..292T. doi : 10.1119/1.3393055 . hdl : 1721.1/118473 .
- ^ バンフォース、チャールズ W. (2003)。ビール：醸造の芸術と科学に触れる（第 2 版）。オックスフォード大学出版局。p. 56。ISBN 978-0-19-515479-5。
外部リンク
- Highfield, Roger (2008年1月14日). 「Dr Roger's Home Experiments」. The Daily Telegraph . 2012年12月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年12月28日閲覧。
- Sethi, Ricky J. (1997 年 9 月 30 日)。「なぜ粒子はカップの外側の縁ではなく中心に向かって移動するのか?」。MadSci Network。2008年 12 月 29 日閲覧。
- Booker, John R. 「学生用ノート - 流体物理学 - ESS 514/414」(PDF)。ワシントン大学地球宇宙科学部。ch. 5.8 p. 48 。2008-12-29に閲覧。図25も参照してください。
- Stubley, Gordon D. (2001 年 5 月 31 日)。「工学流体力学の謎」(PDF)。ウォータールー大学機械工学部。2009年 2 月 6 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2008 年 12 月 29 日閲覧。
- アインシュタインの 1926 年の論文はオンラインで公開され、 BibNumで分析されています(英語の場合は「Télécharger」をクリックしてください) (安全でないリンク)。