Sladkor v čaju


    Zakaj se zberejo zrnca sladkorja v kupček na sredini dna skodelice s čajem, če z žličko pomešamo čaj tako, da ga spravimo v krožno gibanje? Na prvi pogled je ta pojav protisloven. Sladkor je očitno težji od čaja saj tone proti dnu. Med kroženjem in padanjem naj bi zrnca sladkorja zaradi centrifugalne sile potovala proti obodu skodelice, torej naj bi zrnca izpodrivala lažji čaj. Pristala bi zaradi tega ob zunanjem robu dna skodelice in ne v sredini. Opazujte tudi obliko razporeditve zrnc med odlaganjem okoli središča na dnu. Ali oblika ni podobna spiralnim galaksijam v vesolju? Ali imata morda oba pojava podoben vzrok?

    Pri pojasnitvi tega problema je ključno uvideti, da hitrost tekočine po celotni šalčki ne bo enaka. Na stiku s stenami skodelice se namreč tekočina tare ob skodelico. Upravičeno je predpostaviti, da tekočina v tanki plasti ob stenah skodelice miruje. Ker imamo opraviti z viskozno tekočino (seveda čaj ni tako viskozen kot npr. med, a pomembno je, da nimamo opraviti z idealno neviskozno tekočino (primer te je superfluidni helij)), se bo hitrost bolj kot se bomo oddaljevali od sten zlagoma povečevala. Plast tekočine čisto na dnu je tako povsem na miru, medtem ko se vrhnje plasti gibljejo. Delci v njih krožijo, seveda z različnimi kotnimi hitrostmi, odvisno od tega na kakšnem radiju se nahajajo. Ne pozabimo namreč, da morajo biti delci ob navpičnih stenah skodelice ravno tako pri miru. Višje kot leži plast, hitreje bodo krožili delci na istem radiju, saj bodo bolj oddaljeni od dna.

    Pritisk zaradi centrifugalne sile ob stenah posode bo tako večji, bolj kot bomo oddaljeni od dna. Največji tlak (tu smo že odšteli hidrostatski tlak) bo tako ob robu zgoraj, medtem ko se bo zniževal proti dnu. Gradient tlaka, tako povzroči dodatni tok tekočine poleg kroženja okoli geometrijske osi skodelice, in sicer ob navpičnih stenah skodelice navzdol (od večjega tlaka k manjšemu), nato po dnu proti sredini in navzgor, dokler se krog ne zaključi (glej sliko).

    Če imamo v toku tekočine zrnca težje snovi, se bodo ta gibala s tokom in hkrati tonila v nižje plasti. Tok tekočine jih bo tako odlagal na sredino skodelice.

    Sedaj pa še na kratko o razporeditvi zrnc oz. njeni morebitni podobnosti z galaksijami v vesolju. Že zgornja razlaga da jasno vedeti, da tu ne more biti posredi enak mehanizem. Galaksije se namreč oblikujejo pod vplivom gravitacijskih sil, ni nikakršnega zunanjega snovnega toka, ki bi nosil zvezde in jih odlagal bliže središču galaksije. Vprašanje pa je seveda, zakaj lahko dobimo podobne oblike. Tu na žalost ostanem brez besed, saj je (kot si lahko mislite) celotna slika veliko bolj kompleksna, kot gornja poenostavljena razlaga, ki nam da vedeti le, da pojav ni povsem nepričakovan, ničesar pa ne pove o vzorcih, ki jih rišejo odlagajoča zrna. Dokler je kroženje tekočine povsem osno simetrično, mora biti tudi odlaganje simetrično. Ker pa seveda mešanje čaja še zdaleč ni idealno simetričen proces (žlička s katero mešamo je očiten znak asimetrije), lahko v odloženem sladkorju pričakujemo tudi vzorce, verjetno v veliki meri odvisne od trenutnih pogojev mešanja (nesimetrično vsut sladkor, zadevanje ob stene z žličko…)

    (Jure Zupan)

    PUSTITE KOMENTAR

    Vpiši svoj komentar!
    Prosimo vpišite svoje ime

    This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.