Ученые сталкиваются со многими препятствиями на пути к большему знанию. Но новое исследование предлагает, как избежать одной из большего количества распространенных ошибок: пролитый кофе.«Я не могу сказать наверняка, если проливание кофе было вредно для научного исследования до значительной степени», говорит автор исследования Руслан Кречетников, инженер-механик в Калифорнийском университете, Санта-Барбара. «Но это может, конечно, быть подрывным для хода мыслей».Кречетников и его аспирант Ханс Майер решили исследовать кофе, движущийся потоком на конференции по гидрогазодинамике в прошлом году, когда они наблюдали за перегруженными участниками, пытающимися нести их напитки туда и сюда.
Они быстро поняли, что физика не была проста. Кроме механики человеческой ходьбы, зависящей от возраста человека, здоровья и пола, существует высоко включенная наука о жидком хлюпании, зависящем от сложного взаимодействия ускорения, вращающих моментов и сил.
Назад в лаборатории, Кречетников и Мэйер настраивают эксперимент: Они попросили, чтобы человек шел на различных скоростях вдоль прямого пути с заполненной кофейной кружкой в руке. Волонтер сделал это одним из двух способов – или сосредотачивающийся на кофейной кружке или смотрящий прямо вперед. Камера делала запись движения человека и траектории кружки, в то время как крошечный датчик на кружке делал запись момента разрыва.Жидкость назад и вперед движение имеет определенную естественную частоту, и это определяется размером ее контейнера.
В их работе, опубликованной на прошлой неделе в Physical Review E, Кречетников и Мэйер показывают, что повседневные размеры кружки производят естественные частоты, которые просто, оказывается, соответствуют тем из движений ног человека во время ходьбы. Это означает, что ходьба одного, без любого другого вмешательства, настраивается, чтобы заставить кофе колебаться в кружке.
Но исследователи также нашли, что даже маленькие нерегулярности в ходьбе человека важны: Они усиливают более дикие колебания или хлюпание, увеличивающее шанс разрыва.«Это – очень холодное исследование», говорит Лэй Жэнь, специалист в биомеханике ходьбы в Манчестерском университете в Соединенном Королевстве. «Это показывает сложное взаимодействие между динамикой человеческого тела и гидроаэромеханикой движущегося потоком кофе».
Таким образом, как каждый избегает пролития? Кречетников и ответы Мэйера могут не стать большим удивлением.
Старт Вашей прогулки медленнее — т.е. ускорение менее — помогут. Так будет отъезд достойного промежутка между вершиной кофе и оправой кружки; это должно быть, по крайней мере, одной восьмой диаметра кружки – для нормальной кружки, приблизительно сантиметр должен сделать это. Но исследователи «слушают домой» совет, должен посмотреть на то, что Вы делаете — пока Ваша кружка не заполнена слишком высокий, наблюдаемая кружка почти гарантирует чистый пробег.Большинство людей решит эти наконечники для себя, говорит Мэтью Тернер, математик, специализирующийся на жидком хлюпании в университете Суррея в Гилдфорде, Великобритания, Но он говорит, математическая модель исследователей позволит ученым исследовать различные проекты чашки, фактически не делая их.
Инженеры уже знают о методах, оборудовании и средствах борьбы с загрязнением слякоти: Автоцистерны содержат внутренние горные хребты или экраны, для демпфирования движения бензина, например, потому что слишком много хлюпания могло заставить грузовик опрокинуться.Но Тернер полагает, что производители кружки вряд ли примут эти идеи. «Я ожидаю, что это более экономически эффективно для производителей, чтобы просто обеспечить крышку для наших кофейных кружек, которые некоторые уже делают», говорит он. «Но это исследование могло предоставить нам наливной трубопровод в нашей кружке, ниже которой мы должны сохранить наш кофе, для сведения к минимуму вероятности разрыва».
Однако физик Анджей Херцзынский в Бостонском колледже думает, Кречетников и исследование Мэйера не заходили достаточно далеко. «Я был лично немного разочарован, что исследование ограничивается цилиндрическими кружками … игнорирование очень общих кривых или конических чашек, таких как используемые для капучино и Латта в Италии», говорит он. «Однако, Бумага кажется в минимуме, предназначенном для Нобелевской премии Ig».