שלום איתי,
מדובר
בערבוב למינרי נטול דיפוזיה והתשובה היא –בתנאים הנכונים כן. ניתן למצוא מספר סרטים
נוספים המדגימים תופעה זאת.
בערבוב
שני נוזלים זה בזה יש להבחין בין שתי תופעות שונות – ערבוב ברמה המולקולארית שמקורו
בדיפוזיה וערבוב בין שכבות נוזל מאקרוסקופיות שמקורו הידרודינמי. לאחר ערבוב
דיפוזיוני (למשל טיפת דיו בכוס מים או חלב בכוס קפה) לא ניתן להחזיר את הגלגל אחורה
מאחר ומקור התופעה בתנועות תרמיות אקראיות ועקרון הגדלת האנטרופיה של המערכת, אך
ניתן לזרז את התהליך הדיפוזיוני על ידי פיזור מהיר יותר של החומר במערכת בעזרת
זרימה (כגון ע"י בחישה בעזרת כפית). לכן, התנאי לשחזור הניסוי המתואר הוא העדר או
עיכוב משמעותי של הדיפוזיה. ניתן להשיג זאת על ידי שימוש בנוזלים שמתערבבים זה בזה
במידה מועטה בגלל דחייה כימית (כגון דיו על בסיס מימי בנוזל שמני) או על ידי נוזל
צמיג מאד בטמפרטורה נמוכה מאחר וקצב הדיפוזיה תלוי הן בצמיגות התווך והן בטמפרטורה.
כדי לשחזר
את הניסוי שבסרטון על הערבוב להיות כולו או בעיקרו הידרודינמי (ניתן להבחין בסרטון
כי קיימת מידה מועטה של דיפוזיה). התנאי לכך שערבוב הידרודינמי יהיה הפיך הוא העדר
מוחלט של אינרציה בזרימה כלומר מספר ריינולדס ( Re
) קטן משמעותית מ1. מספר ריינולדס הוא מספר חסר מימד המייצג את היחס
בין כוחות אינרציה לכוחות חיכוך וכאשר Re<<1
הזרימה נקראת זרימה
זוחלת. זרימה זוחלת מאופיינת בסימטריה מושלמת ולכן זרימה בכוון אחד זהה לחלוטין
לזרימה בכוון ההפוך. כאשר תתחיל התנועה חלקיקי צבע בנקודות הנמצאות במרחקים שונים
מהדופן, מפני הנוזל
או מקרקעית הכלי
ינועו במהירות שונה. עם הזמן (או מספר סיבובי הבוחש) יתרחקו זה מזה עד שיראה לנו כי
התערבבו בנוזל לחלוטין. מאחר והתנועה בכוון אחד סימטרית לזאת בכוון הנגדי הרי הם
יחזרו למקומם המקורי לאחר מספר סיבובים זהה בכוון הנגדי. לו הייתה הבחישה (קרי
סיבוב הגליל) מהירה יותר כך שמספר ריינולדס היה גדול בערכו מ 1 לא היינו מקבלים את
האפקט המוצג בסרטון כי כוחות האינרציה היו מוסיפים אלמנט בלתי סימטרי לתנועה (זרימה
משנית ואי-יציבות תחילה וטורבולנציה בהמשך בהתאם לערך Re).
ערך מספר
Re בזרימה כלשהיא נקבע על פי הנוסחה:
Re = rVL/m
כאשר
r
צפיפות הנוזל, m
צמיגותו, V מהירות אופיינית במערכת (במקרה כאן זאת מהירות סיבוב הבוחש) ו-L גודל
אופייני במערכת (רדיוס המיכל הגלילי)
בברכה,
פרופ' משה גוטליב
הנדסה
כימית
אוניברסיטת בן גוריון
