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知ってましたか?液体の落下には回転パターンがあるらしい

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本記事は、An Intriguing Pattern of Rotating Spirals Made By Falling Liquid
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分38秒

・研究者は、非振動媒体における抗スパイラルの興味深い観察を報告しました。

・液体システムで自発的に形成された回転スパイラルパターンの新しい例のご紹介です。

 

非平衡系でのパターン形成は、自己組織化プロセスを知ることで複雑な振る舞いについて貴重な洞察を得ることができるため、多くの技術分野で多くの注目を集めています。特に、カイラル対称性の破れによって現れるスパイラルパターンに焦点を当てた研究が数多くあります。

 

銀河とサイクロンは、自然界のスパイラルパターンのよく知られた例の一部です。それらが回転すると、スパイラルは腕を回転方向に引きずって回転します。一部のスパイラル(アンチスパイラルと呼ばれる)は、反対の回転方向に回転することもあります。ただし、そのようなイベントは非常にまれです。

 

近年、北海道大学(日本)とコートダジュール大学(フランス)の研究者は、非振動媒体での自発的なアンチスパイラルの興味深い観察を報告しました。彼らは、水平液膜の下向きの自由表面でパターンを観察することに成功しました。

 

 

実験のセットアップ

チームは、底にいくつかの小さな穴がある円筒形のリザーバーを使用し、シリコンオイルで満たしました。油は一定の速度で穴から落下し、貯留層の下に薄い層を作ります。

 

この層が特定の厚さに達すると、カーテン、カラム、または液滴の形で層の下向きの表面から落下する液体の排出に対して不安定になります。この研究では、チームは、貯水池の穴から落下しながらカーテンを形成するように、液体の供給速度を微調整しました。

 

彼らは、現象論的に構築されたセルオートマトンを使用して、そのようなユニークなパターンが位相ロックから進化し、層の表面全体(下向き)にわたって特定の流量で周期的な流体放出をもたらすことを実証しました。

液体カーテンはコア領域にゆっくりと巻き付き、時計回りまたは反時計回りに回転する最大6本のアームを備えたバランスの取れたスパイラルに変わります。この場合、研究者が見たのは、内側に回転する反スパイラルでした。

 

リザーバーの下の層の不安定化は、レイリー・テイラー不安定性と呼ばれる現象が原因で発生します。これにより、オイルカーテンが伝播する形でスパイラルパターンが作成されます。

 

 

次は何が誕生するでしょう?

 

さまざまなタイプのスパイラルの形成は、振動媒体で広く研究されてきました。この作業は、周期的な構造を作成するために外部から制御する必要がある液体システムで自発的に形成される回転スパイラルパターンの新しい例について説明します。

 

チームは、周囲と相互作用することによってパターンを作成する生物学的システムをよりよく理解するために、そのようなスパイラル形成をさらに研究することを計画しています。

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