Un investigador de la Universidad de Purdue ha resuelto un enigma de 140 años en mecánica de fluidos: ¿por qué una fórmula simple describe la física aparentemente compleja para el comportamiento de las partículas elípticas que se mueven a través del fluido?
Los hallazgos tienen implicaciones potenciales para la investigación y la industria porque las nanopartículas elipsoides se encuentran en diversas aplicaciones, incluidas aquellas que involucran productos farmacéuticos, alimentos y cosméticos
Al igual que una esfera, los elipsoides oblongos experimentan un "movimiento corporal rígido" cuando se sumergen en un fluido, lo que significa que no se deforman al moverse de un lado a otro y rotar. Sin embargo, debido a que un elipsoide no es perfectamente esférico, es contraintuitivo queEl movimiento de cuerpo rígido en un fluido podría describirse utilizando la misma expresión matemática simple que las esferas.
"En general, esperaría una expresión muy complicada porque un elipsoide no es una esfera perfecta", dijo Sangtae Kim, profesora distinguida en la Escuela de Ingeniería Química de Purdue.
Sin embargo, ese no es el caso, presentando un dilema que Kim ha estado reflexionando desde sus días de estudiante en la década de 1970.
"Me ha estado royendo desde entonces", dijo.
El ingeniero químico del MIT Howard Brenner escribió un artículo en 1964 que muestra las matemáticas detrás de la fórmula simple, pero tomó páginas de cálculos complejos para llegar al resultado simple.
"El Dr. Brenner destacó esta simplicidad", dijo Kim. "Pero la simplicidad del resultado solo se pudo mostrar al pasar de cinco a 10 páginas de álgebra y cálculos muy desordenados. Al final, todo se cancela y se obtiene este resultado final".resultado muy simple. Es casi como un milagro, que me ha molestado durante mucho tiempo ".
Ha resuelto el enigma en un nuevo artículo que apareció en noviembre en un número especial de la revista American Chemical Society ACS Investigación de Química Industrial e Ingeniería . El número especial rinde homenaje al 50 aniversario de la tesis doctoral de Purrais Doraiswami Ramkrishna, que se considera un hito en la historia de la ingeniería química. Ramkrishna es el distinguido profesor de Ingeniería Química Harry Creighton Peffer de Purdue. El artículo de Kim fue destacado como un editor de la AEC "elección."
El enigma del elipsoide comienza en 1876 y 1892, cuando los científicos describieron cómo un elipsoide se mueve a través del fluido circundante mientras viaja de lado a lado y gira, respectivamente, causando presión y estrés en la piel del objeto, lo que se conoce como tracción superficial. Brenner más tarde se unificólas matemáticas tanto para el movimiento de lado a lado como para la rotación.
La nueva investigación demostró cómo se puede describir la interacción de un elipsoide con el fluido utilizando el mismo tipo de patrón matemático simple que se aplica a las esferas.
"El patrón se conoce desde hace 140 años, y la razón fundamental subyacente de por qué este patrón simple tiene que ser cierto ahora es evidente debido a la publicación de este nuevo trabajo", dijo Kim.
John Anderson, presidente emérito del Instituto de Tecnología de Illinois y profesor de ingeniería química, dijo: "El documento del Dr. Kim finaliza definitivamente el desarrollo de 140 años de relaciones intrigantes entre las propiedades hidrodinámicas de los elipsoides, relaciones que han demostrado ser invaluables para los teóricostratando de modelar el movimiento de partículas en líquidos que fluyen y campos eléctricos. Una historia fascinante es que el profesor Kim mantuvo su interés en demostrar la exactitud de estas relaciones útiles incluso durante sus años en la gestión ejecutiva en la industria farmacéutica y la National Science Foundation.La chispa crucial se reavivó el otoño pasado cuando fue invitado a hablar en memoria de su difunto colega Howard Brenner ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Emil Venere. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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