বড় করা / বোতল থেকে কেচাপের সেই কয়েকটা শেষ ডলপগুলি বের করা অপ্রত্যাশিত স্প্ল্যাটারিং হতে পারে।

গেটি ইমেজ

কেচাপ তার মধ্যে একটি সবচেয়ে জনপ্রিয় মশলা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, মেয়োনিজের সাথে, তবে বোতল থেকে সেই কয়েকটি শেষ ডলপগুলি বের করার ফলে প্রায়শই হঠাৎ স্প্ল্যাটারিং হয়। “এটি বিরক্তিকর, সম্ভাব্য বিব্রতকর, এবং জামাকাপড় নষ্ট করতে পারে, কিন্তু আমরা কি এটি সম্পর্কে কিছু করতে পারি?” অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের ক্যালাম কাটল এই সপ্তাহের শুরুতে ইন্ডিয়ানাপলিস, ইন্ডিয়ানাতে তরল গতিবিদ্যার উপর আমেরিকান ফিজিক্যাল সোসাইটির বৈঠকে একটি প্রেস কনফারেন্সের সময় বলেছিলেন। “এবং আরও গুরুত্বপূর্ণ, এই ঘটনাটি বোঝা কি আমাদের জীবনের অন্য কোনও সমস্যায় সাহায্য করতে পারে?”

উভয় প্রশ্নের উত্তর, প্রতি Cuttle, a ধ্বনিত হ্যাঁ. তার অক্সফোর্ড সহকর্মী, ক্রিস ম্যাকমিনের সাথে, তিনি খেলার শক্তিগুলি সনাক্ত করতে এবং কেচাপ স্প্ল্যাটারের জন্য একটি তাত্ত্বিক মডেল তৈরি করার জন্য একাধিক পরীক্ষা পরিচালনা করেছিলেন। সবচেয়ে আকর্ষণীয় ফলাফলগুলির মধ্যে রয়েছে: বোতলটি আরও ধীরে ধীরে চেপে দেওয়া এবং অগ্রভাগের ব্যাস দ্বিগুণ করা স্প্ল্যাটার প্রতিরোধে সহায়তা করে। এছাড়াও একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রান্তিক রয়েছে যেখানে কেচাপের প্রবাহ হঠাৎ করে স্প্ল্যাটারিং না থেকে স্প্ল্যাটারিংয়ে স্থানান্তরিত হয়। ক প্রিপ্রিন্ট কাগজ arXiv এ পোস্ট করা হয়েছে এবং বর্তমানে পিয়ার রিভিউ চলছে।

আইজাক নিউটন বৈশিষ্ট্য চিহ্নিত করা হয়েছে যাকে তিনি “আদর্শ তরল” বলে মনে করেন। সেই বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি হল সান্দ্রতা, একটি প্রদত্ত পদার্থে প্রবাহিত হওয়ার জন্য কতটা ঘর্ষণ/প্রতিরোধ আছে তা আলগাভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। ঘর্ষণটি উদ্ভূত হয় কারণ একটি প্রবাহিত তরল মূলত একটি স্তরের একটি ধারা যা একে অপরকে অতিক্রম করে। একটি স্তর যত দ্রুত অন্য স্তরের উপর স্লাইড করে, তত বেশি প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকে এবং একটি স্তর যত দ্রুত স্লাইড করে অন্য স্তরের উপর স্লাইড করে তত কম প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকে।

কিন্তু সব তরল নিউটনের আদর্শ তরলের মতো আচরণ করে না। নিউটনের আদর্শ তরলে, সান্দ্রতা মূলত তাপমাত্রা এবং চাপের উপর নির্ভরশীল: জল প্রবাহিত হতে থাকবে – অর্থাৎ, জলের মতো কাজ করবে – এর উপর কাজ করে এমন অন্যান্য শক্তি নির্বিশেষে, যেমন আলোড়ন বা মিশ্রিত হওয়া। একটি অ-নিউটনিয়ান তরলে, একটি প্রয়োগকৃত স্ট্রেন বা শিয়ারিং ফোর্সের প্রতিক্রিয়ায় সান্দ্রতা পরিবর্তিত হয়, যার ফলে তরল এবং কঠিন আচরণের মধ্যে সীমারেখা ছড়িয়ে পড়ে। পদার্থবিদরা একে “শিয়ারিং ফোর্স” বলতে পছন্দ করেন: এক কাপ জল নাড়ালে একটি শিয়ারিং ফোর্স তৈরি হয়, এবং জলের কাঁচি পথের বাইরে চলে যায়। সান্দ্রতা অপরিবর্তিত থাকে। কিন্তু নন-নিউটনিয়ান তরলগুলির সান্দ্রতা পরিবর্তন হয় যখন একটি শিয়ারিং বল প্রয়োগ করা হয়।

কেচাপ একটি নন-নিউটনিয়ান তরল। হ্যাগফিশ স্লাইমের সাথে রক্ত, দই, গ্রেভি, কাদা, পুডিং এবং ঘন পাই ফিলিংস অন্যান্য উদাহরণ। তাদের আচরণের দিক থেকে তারা সবাই একরকম নয়, কিন্তু তাদের কেউই নিউটনের আদর্শ তরলের সংজ্ঞা মেনে চলে না।

সরিষা, কেচাপ এবং মেয়োনিজ সবই নন-নিউটনিয়ান তরলের উদাহরণ
বড় করা / সরিষা, কেচাপ এবং মেয়োনিজ সবই নন-নিউটনিয়ান তরলের উদাহরণ

উদাহরণ স্বরূপ, কেচাপ তরল পদার্থে ঝুলে থাকা পাল্ভারাইজড টমেটো কঠিন পদার্থের সমন্বয়ে গঠিত, যা এটিকে তরলের পরিবর্তে “নরম কঠিন” করে তোলে, অনুসারে অস্ট্রেলিয়ার মেলবোর্ন বিশ্ববিদ্যালয়ের অ্যান্টনি স্ট্রিকল্যান্ড। সলিডগুলি একটি অবিচ্ছিন্ন নেটওয়ার্ক তৈরি করতে সংযোগ করে এবং কেচাপটি প্রবাহিত করার জন্য একজনকে অবশ্যই সেই নেটওয়ার্কের শক্তিকে অতিক্রম করতে হবে – সাধারণত বোতলটি টোকা দিয়ে বা ঝাঁকুনি দিয়ে। একবার এটি ঘটলে, সান্দ্রতা হ্রাস পায় এবং এটি যত বেশি হ্রাস পায়, কেচাপটি তত দ্রুত প্রবাহিত হয়। হেইঞ্জের বিজ্ঞানীরা সর্বোত্তম প্রবাহের হার বা কেচাপ প্রতি ঘন্টায় 0.0045 নির্ধারণ করেছেন।

যখন বোতলে সামান্য কেচাপ অবশিষ্ট থাকে, তখন আপনাকে এটিকে আরও শক্ত করে মারতে হবে, যার ফলে স্প্ল্যাটারের ঝুঁকি বেড়ে যায়। “যখন আপনি শেষ পর্যন্ত পৌঁছাবেন, ভিতরে যা আছে তার বেশিরভাগই বাতাস,” বলেছেন কাটল। “সুতরাং আপনি যখন চেপে ধরবেন, আপনি যা করছেন তা হল বোতলের ভিতরে বায়ু সংকুচিত করা, যা চাপ তৈরি করে যা টেনে নিয়ে যায় [ketchup] আউট।” অগ্রভাগ একটি সান্দ্র ড্র্যাগ ফোর্স প্রদান করে যা কেচাপের সান্দ্র প্রবাহকে প্রতিহত করে এবং তাদের মধ্যে ভারসাম্য প্রবাহের হার নির্ধারণ করে। বোতল খালি হওয়ার সাথে সাথে সান্দ্রতা হ্রাস পায় কারণ সেখানে ধাক্কা দেওয়ার মতো কেচাপ কম থাকে। এবং বহিঃপ্রবাহ তরল মানে বোতলের ভিতরে বাতাস প্রসারিত হওয়ার জন্য আরও বেশি জায়গা রয়েছে, সময়ের সাথে সাথে চালিকা শক্তি হ্রাস পায়।

কেন মসৃণ প্রবাহ হঠাৎ করে একটি স্প্ল্যাটারে স্থানান্তরিত হয় তার জটিল গতিবিদ্যা বোঝা সমস্যাটিকে সরল করার সাথে শুরু হয়েছিল। কটল এবং ম্যাকমিন একটি কেচাপের বোতলের একটি এনালগ তৈরি করেছিলেন, কেচাপের সাথে সিরিঞ্জ (মূলত কৈশিক টিউব) ভর্তি করে এবং তারপরে নির্দিষ্ট কম্প্রেশন হারে বিভিন্ন পরিমাণে বাতাস (0 থেকে চার মিলিলিটার পর্যন্ত) ইনজেকশনের মাধ্যমে দেখতে পান যে বাতাসের পরিমাণ পরিবর্তন কীভাবে প্রবাহের হারকে প্রভাবিত করে। এবং কেচাপ splattered কিনা. সান্দ্রতা এবং অন্যান্য মূল ভেরিয়েবলগুলিকে আরও ভালভাবে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য তারা সিলিকন তেলে ভরা সিরিঞ্জের সাথে পরীক্ষাগুলি পুনরাবৃত্তি করেছিল।

অক্সফোর্ডের পদার্থবিদরা একটি বোতল থেকে কেচাপ বের করার জন্য একটি গাণিতিক মডেল তৈরি করতে সিলিকন তেল ভর্তি সিরিঞ্জে বাতাস প্রবেশ করান
বড় করা / অক্সফোর্ডের পদার্থবিদরা একটি বোতল থেকে কেচাপ বের করার জন্য একটি গাণিতিক মডেল তৈরি করতে সিলিকন তেল ভর্তি সিরিঞ্জে বাতাস প্রবেশ করান

অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়

ফলাফল: 1 মিলিলিটার বা তার বেশি এয়ার ইনজেকশনের সিরিঞ্জে উত্পাদিত স্প্ল্যাটার। “এটি আমাদের বলে যে একটি স্প্ল্যাটার তৈরি করতে এবং সেই অস্থির বিস্ফোরণ তৈরি করতে আপনার সিরিঞ্জ বা বোতলে কিছু বাতাসের প্রয়োজন,” কাটল বলেছিলেন। এটি একটি “সস স্প্ল্যাটার” সমালোচনামূলক থ্রেশহোল্ড গঠন করে যেখানে কেচাপটি মসৃণ প্রবাহ থেকে স্প্ল্যাটারে স্থানান্তরিত হয়, এটি বাতাসের পরিমাণ, সংকোচনের হার এবং অগ্রভাগের ব্যাসের মতো বিষয়গুলির উপর নির্ভর করে। সেই থ্রেশহোল্ডের নীচে, চালিকা শক্তি এবং তরল বহিঃপ্রবাহ ভারসাম্যপূর্ণ, তাই প্রবাহ মসৃণ। থ্রেশহোল্ডের উপরে, চালিকা শক্তি বহিঃপ্রবাহের চেয়ে দ্রুত হ্রাস পায়। পেন্ট-আপ স্প্রিংয়ের মতো বাতাস অতিরিক্ত সংকুচিত হয়ে যায় এবং কেচাপের শেষ অংশটি হঠাৎ বিস্ফোরণে জোর করে বেরিয়ে যায়।

“একটি কেচাপের বোতলের স্প্ল্যাটারিং সর্বোত্তম মার্জিনে নেমে আসতে পারে: এমনকি সামান্য খুব শক্তভাবে ছেঁকে তরল স্থির স্রোতের পরিবর্তে একটি স্প্ল্যাটার তৈরি করবে,” কাটল বলেছিলেন। একটি সহজ টিপ হল আরও ধীরে ধীরে চেপে দেওয়া, যার ফলে বায়ু সংকুচিত হওয়ার হার কমিয়ে দেয়। অগ্রভাগের ব্যাস প্রসারিত করা আরও বেশি সাহায্য করবে, যেহেতু স্পাউটে থাকা রাবার ভালভ স্প্ল্যাটারের ঝুঁকি বাড়িয়ে তুলতে পারে। এটা ঠিক যে, ভালভগুলি সীসা এড়াতে সাহায্য করে, কিন্তু কেচাপ বোতল থেকে প্রবাহিত হতে শুরু করার জন্য তারা আপনাকে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ চাপ তৈরি করতে বাধ্য করে। কাটল পরামর্শ দেয় বোতলের ক্যাপটি যখন প্রায় খালি হয়ে যায় তখন এটি একটি ব্যবহারিক হ্যাক হিসাবে, কেচাপের শেষ বিটগুলিকে প্রশস্ত ঘাড় থেকে বের করে দেয়।

“এটি সাধারণ জ্ঞান, কিন্তু এখন এটি ব্যাক আপ করার জন্য একটি কঠোর গাণিতিক কাঠামো আছে,” কাটল বলেছেন। “এবং একটি গ্যাস একটি তরলকে পথের বাইরে ঠেলে দেয় এমন কিছু যা অন্যান্য অনেক প্রসঙ্গে ঘটে।” এর মধ্যে রয়েছে ক্যাপচার করা কার্বন ডাই অক্সাইড, নির্দিষ্ট ধরণের আগ্নেয়গিরির অগ্ন্যুৎপাত এবং ধসে পড়া ফুসফুসকে পুনঃস্ফীত করার জন্য জলাধার।

DOI: arXiv, 2022। 10.48550/arXiv.2112.12898 (DOI সম্পর্কে)।