Paradosso della foglia di tè - Tea leaf paradox

Le foglie di tè si raccolgono al centro e sul fondo, invece che lungo il bordo.
La linea blu è il flusso secondario che spinge le foglie di tè al centro del fondo.
Albert Einstein risolse il paradosso nel 1926.
Visualizzazione del flusso secondario nel modello dell'ansa del fiume (A.Ya.Milovich, 1913, flusso da destra a sinistra). Le linee di flusso vicine al fondo sono contrassegnate con colorante iniettato da una pipetta.

Il paradosso delle foglie di tè è un fenomeno in cui le foglie di tè in una tazza di tè migrano verso il centro e il fondo della tazza dopo essere state mescolate piuttosto che essere forzate ai bordi della tazza, come ci si aspetterebbe in una centrifuga a spirale . La corretta spiegazione fisica del paradosso fu data per la prima volta da James Thomson nel 1857. Egli collegò correttamente l'aspetto del flusso secondario (sia l'atmosfera terrestre che la tazza di tè) con l'"attrito sul fondo". La formazione di flussi secondari in un canale anulare è stata teoricamente trattata da Boussinesq già nel 1868. La migrazione di particelle vicine al fondo nei flussi di ansa del fiume è stata studiata sperimentalmente da A. Ya. Milovich nel 1913. La prima soluzione venne da Albert Einstein in un articolo del 1926 in cui spiegava l' erosione degli argini dei fiumi e ripudiava la legge di Baer .

Spiegazione

L'agitazione del liquido provoca uno schema di flusso a spirale per azione centrifuga. Pertanto, l'aspettativa è che le foglie di tè, a causa della loro massa, si spostino verso il bordo della tazza. Tuttavia, l'attrito tra l'acqua in movimento e la tazza aumenta la pressione dell'acqua, determinando uno strato limite ad alta pressione. Questo strato limite ad alta pressione si estende verso l'interno e supera persino l'inerzia della massa centrifuga della foglia di tè. Quindi è l'attrito, tra la tazza e l'acqua, che produce una forza centripeta sulla massa delle foglie di tè.

Lo strato limite ad alta pressione influenza anche lo schema di flusso che produce il familiare schema a spirale. Lo strato limite ad alta pressione, causato dall'agitazione, spinge l'acqua verso l'esterno e verso l'alto sul bordo della tazza, dove la pressione aumenta. Quindi l'acqua si muove verso il basso, verso l'interno e poi verso l'alto, intorno al centro (vedi diagramma). In questo modo, lo schema di flusso esercita una forza verso l'interno che supera la massa delle foglie di tè, e contiene efficacemente la loro tendenza verso l'esterno (centrifuga), e provoca il paradosso osservabile (centripeto).

Allo stesso tempo, il movimento circolare dell'acqua (nell'asse x) è più lento nella parte inferiore della tazza rispetto alla parte superiore, poiché la superficie di attrito nella parte inferiore è maggiore. Mentre c'è una velocità dell'acqua sufficiente, questa differenza può "torcere" il corpo d'acqua in movimento in una tale spirale.

Applicazioni

Il fenomeno è stato utilizzato per sviluppare una nuova tecnica per separare i globuli rossi dal plasma sanguigno , per comprendere i sistemi di pressione atmosferica e nel processo di produzione della birra per separare il trub coagulato nell'idromassaggio.

Guarda anche

  • Legge di Baer-Babinet , nota anche come legge di Baer
  • Strato di Ekman  - Lo strato in un fluido in cui c'è un equilibrio di forze tra la forza del gradiente di pressione, la forza di Coriolis e la resistenza turbolenta
  • Flusso secondario  – Flusso relativamente minore sovrapposto al flusso primario da ipotesi non viscose

Riferimenti

link esterno