Магнитное поле складывает оригами

Последовательные снимки формы капли, обернутой
эластичной мембраной, при увеличении магнитного поля. На последнем кадре
изображена новая структура с собственной симметрией, в которую система

Последовательные снимки формы капли, обернутой эластичной мембраной, при увеличении магнитного поля. На последнем кадре изображена новая структура с собственной симметрией, в которую система "переключается" после достижения критического значения напряженности магнитного поля. (кликните картинку для увеличения)

17.11.2011 (8:08)
Просмотров: 5600
Рейтинг: -0.11
Голосов: 9

Теги:
жидкость, капля, поле, магнит, оригами,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
В технике, известной как капиллярное оригами, силы поверхностного натяжения жидкости искривляют некую тонкую мембрану, на которую попала капля жидкости, создавая искомую форму. Но группа исследователей из Франции дополнила методику новым трюком, «работающим» для жидкости, восприимчивой к магнитному полю. Ученые предложили изменять форму мембраны не только под действием поверхностного натяжения, но и посредством магнитных сил. В ходе работы они обнаружили нестабильность формы мембраны, возникающую при определенных условиях: неожиданно мембрана «переключалась» с одной формы на другую. В будущем разработанная методика может найти свое применение, например, в медицине. Хотя ее практическое применение может быть затруднено из-за необратимости «переключения».

В оригинальной версии метода капиллярного оригами ученые нашли способ изменить форму тонкой мембраны, «оборачивающей» каплю жидкости (см. видео), под действием сил поверхностного натяжения. Эксперимент состоял в следующем: на определенным образом разрезанную тонкую мембрану (в форме звезды) помещалась капля жидкости. За счет смачивания и сил поверхностного натяжения, «лепестки» мембраны заворачивались вокруг капли, изменяя свой изгиб при постепенном высыхании жидкости. Методика позволяла просто и быстро формировать определенные структуры из эластичных материалов.

Для мембраны с известными параметрами и определенных размеров капли известной жидкости (например, воды), физика однозначно определяет полученную форму мембраны. Но ученые их French National Center for Scientific Research (CNRS, Франция) и Paris Diderot University (Франция) нашли способ расширить возможности методики, заменив обычную воду (использовавшуюся в первом эксперименте) на так называемую магнитную жидкость, т.е. жидкость, восприимчивую к магнитному полю.

В своих экспериментах ученые использовали суспензию в воде наночастиц маггемита (Fe2O3) нанометрового размера. Капля жидкости помещалась на эластичную мембрану (сделанную из полидиметилсилоксана), толщиной от 50 до 100 мкм, разрезанную треугольниками со стороной со стороной от 5 до 15 мм.

Выяснилось, что при добавлении к эксперименту вертикального магнитного поля, форма капли, «обернутой» мембраной, превращалась из почти сферической в коническую, при этом высота структуры увеличивалась с увеличением магнитного поля. Также было обнаружено, что высота структуры не может увеличиваться до лимита, определенного размерами мембраны: магнитное поле достигает критического для данной системы значения и под действием сил поверхностного натяжения структура «перещелкивается» в новую конфигурацию. Что интересно, новая структура своей симметрией отличается от изначальной «пирамиды».

Критическое значение напряженности магнитного поля в каждом случае зависело от размера капли жидкости и параметров эластичной мембраны. При этом, по словам ученых, метод поддается масштабированию. Требуемые «критические» значения полей для меньших объектов будут ниже. Таким образом, методика может быть полезной для формирования трехмерных структур и динамического изменения их формы под действием магнитного поля.

К сожалению, согласно экспериментам, нестабильность («переключение» структуры с одной на другую) не является обратимым процессом. При снижении напряженности магнитного поля мембрана не принимает первоначальную форму.

Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100