אפקט צ'יריוס

הדגמה של אפקט צ'יריוס: חמישה אטבי נייר הצפים על פני מים בשל מתח הפנים של המים, נצמדים זה לזה (האטב השישי, האדום, שקוע בתחתית הספל ומדגים שצפיפות האטבים גבוהה מצפיפות המים).

בהידרודינמיקה, אפקט צ'יריוס מתאר את המשיכה ההדדית בין עצמים קטנים הצפים על פני נוזל הודות למתח הפנים שלו. האפקט נקרא על שם דגני הבוקר צ'יריוס והוא נובע ממתח הפנים וכוח הציפה. ניתן לצפות בו גם בבועות על פני השטח של משקאות מוגזים ונוזלים מוגזים אחרים.

במאמר בכתב העת "American Journal of Physics", דנים דומיניק ולה ול. מהדוואן מאוניברסיטת הרווארד באפקט זה ובשימוש שלו בחקר של הרכבה עצמית של מבנים קטנים. על פי חישוביהם, הכוח בין שני כדורים בצפיפות $\ \rho _{s}$ וברדיוס $\ R$ הצפים במרחק $\ \ell$ זה מזה בנוזל בצפיפות $\ \rho$ מתואר על ידי הנוסחה:

$F=2\pi \gamma RB^{5/2}\Sigma ^{2}K_{1}\left({\frac {\ell }{L_{c}}}\right)$

כאשר $\ \gamma$ הוא מתח הפנים, $\ K_{1}$ היא פונקציית בסל מהסוג הראשון, $\ B=\rho gR^{2}/\gamma$ הוא מספר בונד,

$\Sigma ={\frac {2\rho _{s}/\rho -1}{3}}-{\frac {\cos \theta }{2}}+{\frac {\cos ^{3}\theta }{6}}$

הוא מספר חסר ממדים במונחים של זווית המגע $\ \theta$. כמו כן, $L_{C}=R/{\sqrt {B}}$ הוא אורך אופייני של עקמומיות הנוזל ליד דפנות הכלי. בשל הכוח השקול האמור $\ F$, עצמים קטנים ורטובים הצפים על פני נוזל נוטים להתלכד לגוף אחד. במקרה של בועות, לגוף יהיו תכונות רבות דמויות מוצק. כמו כן, העצמים נוטים להימשך לעבר העקמומיות בנוזל ליד דפנות הכלי שנגרמת בגלל מתח הפנים. היפוך סימנו של הכוח $\ F$ משמעו דחייה הדדית בין העצמים. ולה הראה שעצמים קטנים שצפים עם תכונות רטיבות זהות דוחים זה את זה אם הצפיפות היחסית ביניהם היא בסימן מנוגד.

עשויות להיות סיבות נוספות למשיכה בין עצמים בנוזל, כגון המקבילה הימית לאפקט קזימיר, או משיכה חשמלית בין עצמים הטעונים במטענים חשמליים מנוגדים או אף זהים בתרחיף מיונן.

מקורות חיצוניים

אפקט צ'יריוס באתר מדע פשוט

הערות שוליים

ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום למכלול ולהרחיב אותו.