در تحقیقات در دانشگاه وسلیان از پرینت سه بعدی استفاده شده است تا نظریه بلند قدمتی را دوباره ارزیابی کنند که توسط ریاضیدان بریتانیایی به اسم لورد کلوین در 150 سال پیش پیشنهاد شده بود.
در اصل کلوین پیشبینی کرده بود که یک شکل کروی با وطرهایی که «پیچوار همسانگرد» نام دارند اگر در مایع فرو برده شود به صورت غیر عادی رفتار میکند و به نظر میرسد این حالت از هر زاویهای به این شکل است و به صورت طبیعی بچرخد. تا اخیراً ارزیابی نظر پروفسور دشوار بود، اما با استفاده از پرینتر دو و سه بعدی، تیم وسلیان اکنون یک نمونه بسیار دقیق را ایجاد کردهاند که ممکن است ثابت کند بعد از این همه مدت این نظریه نیاز به بررسی دوباره دارد.
گروه در تحقیق خود گفتند: «اجرای سه بعدی طراحی او [طراحی کلوین] به صورت تجربی نشان داد که هیچ بخش تبدیل-چرخش قابل شناسایی ندارد، گرچه تقارن گروهی نقطهای ذرات این امکان را فراهم میکند. [بنابراین] پیچوار همسانگرد پیشبینیشده کلوین وجود دارد، اما فقط در تقارن وطرهای نامتقاطع اشکال دارد».
نمایش بخشهای متقارن گروهی نقطهای برای پیچوارهای همسانگرد مختلف. عکس از گرگ ووت. دانشگاه وسلیان.
همچنین بخوانید
استفاده از چاپ سه بعدی در تولید باتری
چگونگی استفاده از پرینت سه بعدی در بستر دریا
توجه ویژه Nova Meat به بازار انبوه فروش استیک ساخته شده با پرینت سه بعدی
پنج کاری که با پرینتر سه بعدی نمی‌توان انجام داد
ورود پرینت سه بعدی به دروس دانشگاهی
نظریه «پیچوار همسانگرد» کلوین
در سال 1871، لورد کلوین، بنیانگذاری که برای مقیاس دمایی معروف است که به اسم او است، پیشنهاد کرد که اگر پیچوارهای همسانگرد به درستی ایجاد شوند، وقتی در مایع چسبناک قرار گیرند مثل پروانه هواپیما میچرخند. در عمل چنین شکلی مثل یک کُره خواهد بود و دارای همان نیروی کشش بدون توجه به جهت آن است، و در عین حال به دلیل بالههایی که دارد میچرخد، که برخی از آنها دارای زاویه 45 درجه و برخی دیگر دارای زاویه 90 درجه هستند.
از جنبه نظری، این رفتار در تضاد با اصول همسانگردی است که از ایده تقارن چرخشی پیوسته حمایت میکند، اما کلوین همیشه اصرار دارد که بالههای موجود روی شکل در این اثر تداخل ایجاد میکنند. برای این بخش، تیم وسلیان باور داشتند که این نظریه دههها در کتابها بررسی شده است اما شواهدی برای تحقیق جدید یافت نشده است، که نشاندهنده آن است که تحقیقات قبلی با ابزارهای در دسترس محدود شدند.
گرگ وولت از دانشگاه وسلیان به مجله محقق جدید توضیح داد: «احتمالا حدس میزنید که فرد دیگری این را در طی این 150 سال امتحان کرده است – در مقاله اصلی کلوین، به نظر میرسد که حتی او هم آن را امتحان کرده است. فکر میکنم مردم سعی کردهاند این بخشها را وفق دهند، اما با نواقصی که در زمان وفق دادن وجود داشته است محدود شدند، به همین دلیل به سادگی آنها را پرینت نکردند، در نتیجه فرضیه این رفتار با ما باقی مانده است».
مدلهای سه بعدی پیچوار محققان و نتایج تجربی. عکس از گرگ وولت. دانشگاه وسلیان.
اصلاح یک رساله 150 ساله
برای آنکه بتوان پیشنهاد کلوین را آزمایش کرد، محققان وسلیان تصمیم گرفتند پنج پیچوار همسانگرد که دارای تفاوت کمی هستند را قبل از آنکه آنها را در محفظه روغن سیلیکون قرار دهند به صورت سه بعدی پرینت کنند. به طرز جالبی هر پنج نمونه مستقیم به کف محفظه رفتند و غرق شدند بدون آنکه حرکت چرخشی مورد انتظار را نشان دهند، حتی با وجود آنکه دارای تقارنهای مجزای یکسانی بودند که کلوین آنها را پیشنهاد کرده بود.
برای ارزیابی اینکه چه اشکالی وجود دارد، تیم در مرحله بعدی تحلیل هیدرودینامیک را روی چارچوب تست خود انجام داد و دریافت که وطرهای نامتقاطع دستگاهها منجر به ناپدیدشدن اثر چرخشی آنها شده است. در عین حال که دانشمندان توانستند ارتباطی بین حرکت و چرخش نشان دهند، که ثابت میکرد این بخش از نظریه کلوین صحیح بود، هرگونه اثر دوتایی در واقع آنقدر کوچک بود که با چشم غیرمسلح دیده نمیشد.
«کشف ما درباره بخشهای بسیار کوچک کمک میکند که بتوانیم توضیح دهیم چرا هیچ محاسبه انتشار یافته ای برای پیچوارهای همسانگرد وجود ندارد».
در نتیجه، محققان به این نتیجه رسیدند که اثر ضعیف نیرو میتواند پشت عدم تحقیق منتشرشده در این حوزه باشد و تحقیق آنها «دیدگاههای عمیقی را در مورد فیزیک کوانتوم» ایجاد کرده است. با پیشرفت رو به جلو، محققان میگویند که «تلاش برای تعیین کمیت و بهینه سازی پیچوارهای همسانگرد ممکن است بیهوده باشد»، و اکنون آنها این مساله را در نظر میگیرند که چطور شکلی که تغییر کرده است میتواند کمک کند که به صورت قطعی نظریه کلوین ثابت شود.
تیم در مقاله خود به این نتیجه رسید که: «ما هیچ اثر دوگانه چرخشی را در آزمایشهای خود نیافتیم. این مساله این سوال را ایجاد میکند که آیا گفته اصلی لورد کلوین دچار مشکل بوده است. اما در نظر گرفتن تعاملهای هیدرودینامیک بین وطرها نشان میدهد که این اثر چرخشی وجود داشته است. بسیار کوچک است اما هنوز وجود دارد.»
AM و قوانین فیزیک
به شکلی عجیب آزمایشهای انجام شده در دانشگاه وسلیان اولین باری که از پرینت سه بعدی برای آزمایش اصول اصلی فیزیک استفاده شد را نشان نمیدهند. پیشتر در این ماه، یک کاربر یوتیوب به اسم «اینتگزا» نمونهای از ماشین دارای توان بادی را به صورت سه بعدی پرینت کرد که قوانین فیزیک را نقض میکند تا بتواند بحث «باد در سرپایینی سریعتر از باد» یا « DWFTTW» که مدتها ادامه داشته است را روشن سازد.
اختلاف موجود در طول دهه از سال 2010 آغاز میشود یعنی زمانی که ماشین دارای توان بادی، توسط محققان مورد توجه قرار گرفت که زمانی است که حرکت در سرپایینی سه برابر سریعتر از حرکت دادن ماشین با باد است. در حالی که درک مولر مجری کانال مشهور یوتیوب به اسم وریتاسیوم است، او نشان داده است این مساله در واقع ممکن است، اما پروفسور الکس کوسنکو از UCLA با آن مخالف است، در نتیجه هر کدام از آنها 10.000 دلار خرج کردند تا به همدیگر ثابت کنند که دیگری اشتباه میکند.
نهایتا با کمک فعال یوتیوب به اسم زایلا فوکسین، مولر توانست وضعیت را برای DWFTTW محیا سازد تا بتواند شرط را ببرد، و اینتگزا هم از آن زمان همین کار را انجام میدهد. با استفاده از پرینتر دو و سه بعدی الگو مارس پرو، اینتگزا قادر بوده است نمونهای از طراحی ماشین 2010 را ایجاد کند و آن را روی تردمیل به کار ببرد تا نشان دهند سرعت نسبی که در آن باد با آن پرهها برخورد میکند چگونه به طور موثر آن را قادر ساخته است که «سریعتر از باد» حرکت کند.
بیشتر بخوانید :
تلاش دولت ایالات متحده آمریکا برای چاپ سه بعدی در بیمارستان
پرینت سه بعدی لنز و ثبت تصاویر دیدنی
ساخته‌های باورنکردنی با پرینت سه بعدی
چگونگی پرینت سه بعدی آلومینیوم
