2014 Fiscal Year Research-status Report
水面上の微小水滴の生成・浮遊機構とその集団運動：コーヒーの湯気の物理学
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25610124
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中西 秀 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90155771)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市川 正敏 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (40403919)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 微小水滴 / 表面張力波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱水上に現れる白い薄膜について、実験的及び理論的解析を行った。高速度ビデオカメラを取り付けた顕微鏡を用いて観察し、以下のような事実を明らかにした。１） この白い膜は、大きさが10 μm程度で分布の幅が平均の半分以下のかなり大きさのそろった微小水滴からなる。２）微小水滴の平均粒径は温度の上昇とともに大きくなる、３) 水滴は、水面から10～100μm上に浮揚している。４） 膜の亀裂は水滴の集団的な消失で、速度が1～2 m/sの表面波の波面として伝播する。５）それは、たった一つの水滴の消失による水面の攪乱をきっかけに引き起こされる。６）このような現象は界面活性剤を加えても定性的には変わらない。
集団消失現象を解明するために、表面張力波およびその減衰について理論的解析を行い、実験で観察されている程度の水滴の消失を説明できるかどうかについて検討した。表面張力波の伝播速度は観察されている水滴消失の伝播速度と同程度と見積もることができた。また、表面波のエネルギー供給は、消失した浮揚水滴の表面エネルギーにより与えられるとして、粘性減衰が釣り合う表面張力波の振幅を見積もった。その結果、十分な振幅の表面波が維持できることが分かり、観測結果と矛盾しないことを確かめた。
今後、微小水滴の浮揚および集団消失のメカニズムの解明のために、微小水滴の水面からの浮揚の高さの測定、および、界面活性剤の表面波に対する影響を理論的、実験的に分析する計画である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現象の素過程を実験的に観察することに成功した。今後の課題としては、現象のミクロなメカニズムを明らかにするための定量測定、および定量的な説明をするための理論的解析がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
微小水滴の浮揚メカニズム解明のために、浮揚の高さを測定するための実験法を開発する。界面活性剤や塩などによる影響を定量的に確認する。
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| Causes of Carryover |
昨年度までの研究成果を論文として公表する過程で、その査読に関する追加実験を優先したため、昨年度に予定していた実験を本年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度に繰り越した実験の経費として、１５万を実験消耗品、７万円を成果発表旅費、4,767円をその他を計画している。
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