เว็บตรง การทดลองฟิสิกส์สนามหลังบ้านง่าย ๆโดย DIANNA COWERN | เผยแพร่เมื่อ 19 ส.ค. 2559 19:01 น. DIY ศาสตร์กระแสน้ำวนครึ่งวงแหวนในสระว่ายน้ำกระแสน้ำวนครึ่งวงแหวนในสระว่ายน้ำ Youtube Screengrab แบ่งปัน
อยู่มาวันหนึ่ง ฉันกำลังท่องเว็บอยู่ตอนที่ฉันค้นพบวิดีโอที่มีเงากลมสองดวงที่ด้านล่างของสระว่ายน้ำ และไม่มีอะไรบนพื้นผิวที่อาจหล่อหลอมมัน ที่แปลกไปกว่านั้น พวกมันเคลื่อนไหวพร้อมกันข้ามสระแทนที่จะตาย เมื่อฉันถามศาสตราจารย์วิชาพลศาสตร์ของไหลว่าเกิดอะไรขึ้น เขาบอกว่าน่าจะเป็นกระแสน้ำวนครึ่งวงแหวน
เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ ฉันสร้างจุดดำของตัวเองโดยลากจานอาหารค่ำผ่านสระน้ำหลังบ้านของเพื่อน การเคลื่อนที่ของจานก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของสระ ลักยิ้มสองตัวที่ค่อยๆ หายไปจากฉันในขณะที่ยังคงประสานกัน เมื่อฉันบีบสีผสมอาหารสองสามหยดลงในลักยิ้มแต่ละอัน สีย้อมจะหมุนลงมาเพื่อเผยให้เห็นกระแสน้ำวนครึ่งวงแหวนที่น่าเหลือเชื่อที่เชื่อมรอยบุ๋มเข้าด้วยกัน
กระแสน้ำวนครึ่งวงแหวนในสระว่ายน้ำ
กระแสน้ำวนครึ่งวงแหวนในสระว่ายน้ำYoutube Screengrab
กระแสน้ำวนเป็นแกนหมุนของของเหลวหรือก๊าซ เช่น พายุทอร์นาโด ฉันรู้ว่าการทดลองของฉันเป็นกระแสน้ำวนเพราะมันส่งสีย้อมไปด้วย และกระแสน้ำวนสามารถขนส่งสสารต่างจากคลื่นได้ กระแสน้ำวนเกิดขึ้นเนื่องจากแรงเฉือน เมื่อของไหลเร็วเคลื่อนที่ผ่านของเหลวที่ช้ากว่า เมื่อคุณดันจาน ของเหลวข้างๆ จะถูกลากไปข้างหน้า ในขณะที่น้ำที่อยู่ไกลออกไปจะยังคงอยู่ ความแตกต่างของความเร็วนี้ทำให้ของเหลวม้วนงอรอบๆ ขอบที่จมอยู่ใต้น้ำของเพลต
ปลายของกระแสน้ำวนทำให้เกิดการจุ่มสองครั้งในผิวน้ำที่โค้งแสงแดดออกไปด้านนอก เหมือนกับเลนส์แก้ว ทำให้เกิดวงแหวนสว่างรอบวงกลมสีดำสองวง ทำให้เกิดจุดสีดำ
“ไดแอนนา
Dianna Cowern
ผู้เขียนสาธิตวิธีสร้างวงแหวนน้ำวนในสระว่ายน้ำ
วิธีทำน้ำวนครึ่งวงแหวน
จุ่มจานลงครึ่งหนึ่งในสระน้ำนิ่ง ลากไปข้างหน้าสักสองสามนิ้วแล้วค่อยๆ ยกออกในมุมหนึ่ง
มองหารอยบุ๋มสองอันที่ก่อตัวบนผิวน้ำ เหนือจุดสีดำที่ด้านล่าง
หยดสีผสมอาหารเล็กน้อยลงในลักยิ้มแต่ละอัน สีย้อมจะถูกดึงลงไปในกระแสน้ำวนครึ่งวงแหวน
บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน นิตยสาร Popular Science ฉบับ เดือนกรกฎาคม/สิงหาคม 2559ภายใต้ชื่อ “I Created a Vortex Ring in the Pool”
หนึ่งร้อยปีที่แล้ว Einstein ทำนายว่าแรงโน้มถ่วงเดินทางด้วยความปั่นป่วนเล็กน้อยผ่านจักรวาลซึ่งทำให้พื้นที่ยืดออกและหดตัว ที่ LIGO ส่วนหนึ่งของเลเซอร์ที่แยกเป็นสองส่วนจะถูกส่งผ่านอุโมงค์รูปตัว L และเคลื่อนเข้าและออกจากเฟสโดยส่วนที่สองขณะที่คลื่นโน้มถ่วงผ่านไป เลเซอร์ที่กระวนกระวายใจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับความถี่และแอมพลิจูดของคลื่นความโน้มถ่วงได้: ความถี่ของการกระเพื่อมในอวกาศ และความถี่ของคลื่นแรงกระเพื่อม เมื่อใดก็ตามที่คุณมีความถี่และแอมพลิจูด คุณเพียงแค่โยนคลื่นลงในคอมพิวเตอร์แล้วแปลงเป็นเสียง
คลื่นความโน้มถ่วงที่นักวิทยาศาสตร์ของ LIGO
เล่นในเดือนกุมภาพันธ์นั้นมาจากหลุมดำสองแห่ง หลุมหนึ่ง 29 หลุม และอีกหลุมที่หนักกว่าดวงอาทิตย์ของเรา 36 เท่า ซึ่งหมุนวนเข้าหากันทำให้เกิดหลุมดำที่ใหญ่กว่ามาก
LIGO ลงทะเบียนแอมพลิจูดของคลื่นเหล่านั้นว่าเป็นการรบกวนส่วนเล็ก ๆ ของขนาดของโปรตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอม ดังนั้นโดยธรรมชาติแล้วนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องทำให้มันดังขึ้นมาก สัญญาณ LIGO ก็ต่ำเกินไปเล็กน้อยสำหรับคนธรรมดาทั่วไปที่จะชื่นชม
Alan Weinstein ศาสตราจารย์ฟิสิกส์จาก Caltech และนักวิจัยของ LIGO กล่าวว่า “เรา… จัดการสัญญาณของเราและเพิ่มความถี่ของพวกมันด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อให้ฟังสบายหูมากขึ้น ถึงกระนั้น เขากล่าวอีกว่า “ฉันนึกไม่ออกว่าจะใช้ sonification ที่น่าสนใจไปกว่านี้ในวิทยาการสื่อสารที่ LIGO”
“การเล่นแร่แปรธาตุ” ยังมีการโซนิฟิเคชั่นที่คล้ายกับตัวอย่าง “Mary Had A Little Lamb” ของฉันอีกด้วย เสียงรบกวนที่ไร้ชีวิตชีวาและไร้ชีวิตชีวาในช่วงเริ่มต้นของเพลงนั้นมาจาก โครงการ Quantizer ของนักวิจัยของ MIT ซึ่งเปลี่ยนอนุภาคจากการชนที่ Large Hadron Collider ให้เป็นเสียง ข้อมูล LHC มีข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของอนุภาคและพลังงาน ทีมงาน Quantizer ได้สร้างแผนที่ซึ่งสัมพันธ์กับส่วนของเครื่องตรวจจับที่อนุภาคผ่านไปและบันทึกย่อบนมาตราส่วน เพื่อสร้างไฟล์เสียงชนิดพิเศษ นักดนตรี ในกรณีนี้คือ Evan Lynch บัณฑิตจาก MIT สามารถสร้างโปรแกรมสังเคราะห์เสียงหรือโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่อ่านไฟล์นี้เพื่อสร้างบันทึกที่ได้ยินได้
เสียงของ CERN และ LIGO มีไว้สำหรับการขยายงานเป็นหลัก นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ที่ฉันคุยด้วยเห็นพ้องต้องกันว่าคนเรามักไม่ได้ยินเสียงและพูดว่า “หลุมดำนั้นมีขนาดประมาณ 30 เท่าของดวงอาทิตย์”
อย่างไรก็ตาม บางคนรู้สึกว่าเสียงเหล่านี้สามารถช่วยให้นักวิจัยเข้าใจและเชื่อมโยงกับข้อมูลได้ “ฉันคิดว่าไม่มีเหตุผลที่เราไม่ควรใช้ประสาทสัมผัสต่างๆ เพื่อรับข้อมูลนี้ในสมองของเรา” ทิม โอไบรอัน sonifier และรองผู้อำนวยการของ Jodrell Bank Center for Astrophysics ของมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์กล่าว “จริง ๆ แล้วมันสามารถทำให้คุณรู้สึกแตกต่างกับข้อมูล ไม่ใช่แค่การมีส่วนร่วมกับคนที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญเท่านั้น บางครั้งคุณได้ยินอะไรบางอย่าง … ที่คุณไม่ได้เห็นในการแสดงภาพ” เว็บตรง
