Физики математически объяснили, как мыло успешно прошло лабиринты
Поверхностно-активные вещества оказались способны эффективно проходить лабиринты. Международная группа ученых опубликовала математическую модель, описывающую происходящие при этом физические процессы.
Недавно исследователи обнаружили, что поверхностно-активные вещества, они же ПАВ или сурфактанты, — молекулы, снижающие поверхностное натяжение жидкости и содержащиеся в мыле — могут естественным образом находить кратчайший путь через лабиринт.
Лабиринты — модельная система для сложных разветвленных сетей, таких как легкие. Понимание механизмов перемещения веществ в лабиринтах может быть ключом к пониманию того, как жидкости и лекарства перемещаются по этим сетям. Изучение механизмов транспорта вещества по таким структурам помогает медикам находить новые и более эффективные методы лечения, оптимизировать доставку лекарств.
Международная группа ученых описала математическую модель, объясняющую это явление. Их статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Когда ученые помещали окрашенное мыло в заполненный смесью молока и сливок лабиринт, природные поверхностно-активные вещества, уже присутствующие в смеси, взаимодействовали с сурфактантом в мыле. Обобществленная жидкость «знает» весь лабиринт, поэтому мыло «интуитивно» находит кратчайший путь к цели. Удивительно, что в процессе перемещения мыло совсем неглубоко проникает в тупиковые ветви лабиринта или не перемещается туда вообще.
Такое поведение ученые объясняют физическими процессами. Два типа поверхностно-активных веществ генерируют силы натяжения, направляющие мыло к выходу. Исследователи использовали передовые математические модели и симуляции, чтобы воспроизвести, как эти силы собирают информацию об общей форме и структуре лабиринта.
Они обнаружили и математически описали механизм, объясняющий перемещение жидкости по сложной разветвленной сети. Расчеты ученых и экспериментальные данные совпали с высокой точностью.
«Применение этого исследования на этом не заканчивается. Многие другие системы, такие как микрофлюидные устройства, которые перемещают микрообъемы химических веществ через сложные сети, могут извлечь выгоду из нашей модели. Используя ее, исследователи смогут создать более эффективные конструкции, неизбежно снижая затраты», — добавил доктор Ричард Макнаир (Richard Mcnair), первый автор исследования.
Исследовательская группа уже разработала предварительные модели, включающие распространение поверхностно-активных веществ в реалистичных геометриях масштаба человеческих легких.
Telegram 
Дзен 
VK Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии