শ্যাম্পু একটি সান্দ্র স্থিতিস্থাপক তরল

কেন ভিসকো-ইলাস্টিক তরলের (যেমন পলিমার এবং প্রোটিন দ্রবণ) বড় বড় গ্যাস বুদবুদগুলি প্রত্যাশার চেয়ে এত দ্রুত বৃদ্ধি পায়? এ এক ধাঁধা। ভিসকো-ইলাস্টিসিটি হলো বস্তুর এমন একটি বৈশিষ্ট্য যা নিজস্ব অবস্থান থেকে বিকৃত হলে স্থিতিস্থাপক এবং সান্দ্র উভয় বৈশিষ্ট্যই প্রদর্শন করে। ভিসকো-ইলাস্টিসিটি মানে হল এক লাফে তরলগুলিতে গ্যাসের বুদবুদের গতি বৃদ্ধি পাওয়া – পরিভাষায় বিচ্ছিন্নতার লাফ। ভিসকো-ইলাস্টিক তরলে তরল এবং স্থিতিস্থাপক পদার্থের বৈশিষ্ট্যগুলি একত্রিত হয় । যেমন শ্যাম্পু। একটি স্বচ্ছ, প্রায় ভর্তি শ্যাম্পুর বোতল উল্টে দিলে দেখতে পাবেন বদ্ধ বাতাস একটা অস্বাভাবিক আকারে বুদবুদ হয়ে উঠছে। অনেক শিল্প প্রক্রিয়ায়, এই জাতীয় তরল পলিমারের দ্রবণ হিসাবে মেলে এবং তাদের প্রায়শই গ্যাস ঢুকিয়ে অক্সিজেন দিয়ে সমৃদ্ধ করতে হয় । “আমরা প্রায় ষাট বছর ধরে জানি যে ভিসকো-ইলাস্টিক তরলগুলিতে গ্যাসের বুদবুদের বৃদ্ধির বেগ একটি গুরুতর বুদবুদের ব্যাসে লাফ দেয়। বুদবুদের গতি তখন হঠাৎ করে দশগুণ দ্রুত হতে পারে। এটি নিয়ন্ত্রিত হওয়ার ব্যাপারে একটি মৌলিক ভূমিকা পালন করে তরলে গ্যাস ঢোকানো । এই আকস্মিক বৃদ্ধিটা যে ঘটাচ্ছে বেগ, সেটা আগে অস্পষ্ট ছিল ” – টিইউ গ্রাজের ইনস্টিটিউট অফ ফ্লুইড মেকানিক্স অ্যান্ড হিট ট্রান্সফার থেকে গুন্টার ব্রেন ব্যাখ্যা করেছেন।

প্রক্রিয়া অনুকরণ (সিমুলেশন), পরীক্ষা এবং তাত্ত্বিক বিশ্লেষণের সংমিশ্রণে, টিইউ গ্রাজে গুন্টার ব্রেন এবং টিইউ ডার্মস্ট্যাডের ডিটার বোথের দল দুটি এখন একসাথে ধাঁধাটি সমাধান করেছে। তাঁরা আবিষ্কার করেছেন যে গ্যাস বুদবুদের চারপাশে প্রবাহের সাথে পলিমার অণুগুলির মিথস্ক্রিয়া বুদবুদগুলিকে অদ্ভুত বেগের আচরণের দিকে নিয়ে যায়।
এর ফলে , এই সমাধানগুলিতে অক্সিজেন কতটা ঢোকাতে হবে, (ইনপুট) তা এখন আরও সঠিকভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করা যাবে। যার অর্থ হল বায়োটেকনোলজি, প্রসেস ইঞ্জিনিয়ারিং এবং ফার্মাসিউটিক্যাল শিল্পের সরঞ্জাম প্রভৃতির আরও ভাল ডিজাইন করা সম্ভব হবে । গবেষকরা নন-নিউটনিয়ান ফ্লুইড মেকানিক্স জার্নালে তাদের ফলাফলগুলি ব্যাখ্যা করেছেন ।

শিথিল দশাই কাম্য

পলিমারগুলি প্রায়শই বিশাল বিশাল অণু নিয়ে গঠিত। এগুলি তরলের সাথে জটিল উপায়ে যোগাযোগ করে দ্রবীভূত হয়। এই মিথস্ক্রিয়া একটি তরলকে ভিসকো-ইলাস্টিক করে তোলে। গ্যাসের বুদবুদগুলির ক্রিটিক্যাল ব্যাস থেকে এই তরলগুলির প্রদর্শিত গতিতে লাফানোর কারণ কী?

গুন্টার ব্রেনের সাম্প্রতিক অনুসন্ধানগুলি এর ব্যাখ্যা দিয়েছে । বুদবুদের চারপাশের প্রবাহ দ্রবীভূত পলিমার অণুগুলিকে প্রসারিত করে। অণুগুলি বিশেষ করে এই অবস্থা পছন্দ করে না। তারা যত তাড়াতাড়ি সম্ভব শিথিল, অপ্রসারিত অবস্থায় ফিরে যেতে চায়। যদি শিথিল অবস্থায় এই প্রত্যাবর্তন বুদবুদের কেন্দ্রীয় বিষুবরেখা বরাবর অণুগুলির পরিবহনের চেয়ে দ্রুত হয়, তবে বুদবুদটি ধীর থাকে। অন্যদিকে, যদি শিথিল অবস্থায় ফিরে আসতে বুদবুদের নিরক্ষরেখা বরাবর যাত্রার চেয়ে বেশি সময় লাগে, তাহলে তা বুদবুদকে “ধাক্কা” দেয় এবং তরলটিতে একটি উত্তেজনা নির্গত হয়। এটি একটি স্বয়ঙ পরিবর্ধনের দিকে পরিচালিত করে। কারণ পরবর্তী পলিমার অণুগুলির অবস্থান নিরক্ষরেখার নীচে এবং তারা শিথিল দশায় থাকে। তাই তারা তাদের স্থিতিস্থাপক শক্তি আনলোড করে এবং একটি “প্রবর্তক শক্তি” ছেড়ে দেয়।

প্রয়োগের উপরোক্ত ক্ষেত্রগুলিতে ব্যাপক ব্যবহারিক প্রাসঙ্গিকতা ছাড়াও, এ অনুসন্ধানের মৌলিক গবেষণার তাৎপর্যও রয়েছে। “এটি প্রমাণিত হয়েছে যে এই সমাধানগুলির প্রবাহ ক্ষেত্রের আরেকটি আশ্চর্যজনক ধর্ম propertyএই আণবিক প্রক্রিয়াটিতে আরোপ করা যেতে পারে। আমরা আগেই সেটা দেখিয়েছি : যথা, গ্যাস বুদবুদের তথাকথিত ‘নেতিবাচক জাগরণ'(negative wake)”। গবেষকদের সক্রিয় দলের সদস্য ডিটার বোথে একথা বলেছেন (TU Darmstadt-এ গণিত বিভাগ)। এটি বুদবুদের নীচের প্রবাহক্ষেত্রের একটি এলাকা যেখানে তরল সাধারণত কম বেগে বুদবুদকে অনুসরণ করে। তবে পলিমারিক তরলগুলির সাথে, তরলটির বুদবুদের চলাচলের সম্পর্ক বিপরীতমুখী । এই তরলের আন্দোলন একই পৃষ্ঠটান দ্বারা সৃষ্ট হয় যা বুদবুদকে “ধাক্কা দেয়”। এই গবেষণা , প্রবাহপ্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে এক নতুন সম্ভাবনা উন্মোচিত করতে পারে।

সূত্র Reference : The initial acceleration of a buoyant spherical bubble revisited (16th November ,2024)
Dieter Bothe, Jun Liu, Pierre-Etienne Druet, Tomislav Maric, Matthias Niethammer, Günter Brenn