Kamera nagrywająca z dużą prędkością pokazuje, że nadlatujące cząstki powodują uszkodzenia przez roztapianie powierzchni w momencie uderzenia.
Kiedy niewielkie cząsteczki uderzają w metalową powierzchnię z dużą prędkością moment zderzenia następuje tak szybko, że szczegóły tego procesu nie zostały do tej pory dokładnie zrozumiane. Zespół naukowców z MIT właśnie dokonał pierwszego, szczegółowego obrazowania i analizy takiego zdarzenia. Badacze wykorzystali te dane do przewidywania, kiedy cząstki odbiją się od powierzchni, przykleją się do niej lub ją uszkodzą.
Mostafa Hassani-Gangaraj wyjaśnia, że uderzenia mikrocząsteczek przy dużej prędkości są wykorzystywane w przemyśle do wielu celów. Mowa na przykład przykład o nakładaniu powłok, czyszczeniu powierzchni i cięciu materiałów. Są one stosowane w jednej z wersji piaskowania, która wykorzystuje cząsteczki przemieszczające się z prędkościami naddźwiękowymi. Takie śrutowanie za pomocą mikrocząstek można również wykorzystać do wzmocnienia metalowych powierzchni. Do tej pory procesy te były kontrolowane bez solidnego zrozumienia podstawowej fizyki procesu.
Wyniki badań mogą również rzucić światło na sytuacje, w których uderzenia są niekontrolowane. Np. gdy przenoszone przez wiatr cząsteczki uderzają w łopaty turbin wiatrowych, mikrocząstki uderzają w statki kosmiczne i satelity lub gdy kawałki skał i żwiru są przenoszone w strumieniu z rurociągów.
Oczywiście na autorów projektu czekało kilka trudności. Po pierwsze, zderzeni zachodzą niezwykle szybko, a cząstki poruszają się z prędkością ponad jednego kilometra na sekundę. Po drugie, same cząstki są tak małe (mają około jednej dziesiątej grubości włosa), że ich obserwacja wymaga bardzo dużego powiększenia. Zespół wykorzystał urządzenie nagrywające z szybkością dochodzącą do 100 milionów klatek na sekundę. Do eksperymentów wykorzystano cząstki cyny o średnicy około 10 mikrometrów. Przyspieszono je do prędkości ok. 1 kilometra na sekundę, by uderzyły o blaszaną powierzchnię.
Zespół wykorzystał dane z tych eksperymentów, aby opracować ogólny model przewidujący reakcję cząstek o danym rozmiarze poruszających się z określoną prędkością. W przyszłości naukowcy zamierzają przetestować uderzenia pod różnymi kątami.
[Źródło: news.mit.edu; grafika: MIT]
Czytaj też: Ta kamera nagrywa z prędkością 10 bilionów klatek na sekundę
