今年一月最重要物理研究發現 解開漏斗堵塞机制謎團

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【大紀元2月7日訊】 小漏斗也藏有大學問。台灣物理學者通過兩年多來的研究發現,當五顆粒狀物在漏斗出口頂端串連成拱橋狀時,就會發生堵塞,解開了漏斗堵塞机制的謎團。這項成果被國際著名物理期刊「物理評論」(PHYSICAL REVIEW LETTERS)列為今年一月最重要的研究發現。

中國時報報導,使用漏斗盛裝米粒或綠豆等顆粒狀物質時,經常會在漏斗出口發生堵塞,一般人對這种現象都習以為常,從沒想過要探究原因,并想辦法解決。兩年多前,中研院物理研究所研究員杜其永和中央大學物理系及复雜系統中心教授黎璧賢,与到台灣進行學術訪問的韓國釜山大學教授朴赫圭偶然聊到這個有趣的問題后,三人決定利用實驗方法,找出這個問題的理論依据。

黎璧賢表示,漏斗堵塞現象不僅會發生在食品、制藥和營建工程等自動生產設備,包括机場行李輸送帶、工厂瓶罐填裝輸送,以及都會區道路交通堵塞,都与漏斗堵塞的物理机制有關。但科學家過去對這個問題不但缺乏概念上的理解,甚至從沒做過定量實驗研究。

為解開漏斗堵塞的物理机制,黎璧賢和杜其永、朴赫圭三人,在實驗室利用高速攝影机拍攝漏斗堵塞的情形,精确量出漏斗出口寬度与堵塞發生机率高低的關系,也利用統計物理的方法提出科學理論解釋。黎璧賢等人研究發現,當顆粒物在漏斗出口頂端出現五顆串聯而成的拱橋時,漏斗就會開始堵塞。

杜其永指出,當漏斗出口寬度大于盛裝顆粒的五倍大小時,就不太會發生堵塞。但當出口寬度小于盛裝顆粒的兩倍大小時,一定會發生堵塞。

漏斗的堵塞机率高低除与出口寬度有關,也与圓錐形的漏斗邊緣傾斜角度大小有關。如出口寬度同樣是三顆盛裝顆粒大小時,傾斜十五度的漏斗堵塞机率約為四%,但傾斜角五十六度的漏斗堵塞机率則高達八四%;漏斗邊緣与出口中心軸線形成的夾角越小,越不容易發生堵塞。

這項研究成果被國際物理學界認為,可以廣泛應用在各种自動生產設備及交通運輸工具,解決各种堵塞問題。但黎璧賢和杜其永強調,他們的研究目前僅能解決二度空間的堵塞現象,必須進一步完成三維的實驗研究,方能普遍推廣應用。


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