RJAH acknowledges support from EPSRC Fellowship EP/I004599/1, MMS acknowledges funding from EPSRC under grant number EP/K5035-4X/1.

HINWEIS: Die Versuchsapparatur ist schematisch in Fig. 2. Der Hauptteil der Vorrichtung besteht aus einer rotierenden Plattform (300 mm × 300 mm) auf einem Kupferzylinder montiert (55 mm Durchmesser), die in dem starken Magnetfeld eines supraleitenden Magneten (1,8 T) mit einem Raum unter ihrem Eigengewicht herab Temperatur vertikale Bohrung. Die Plattform wird über eine außeraxiale Motor zu drehen, die eine rutsch Lager mit einer keyhole Öffnung dreht. Der Kupferzylinder ist mit einem schlüsselförmige Antriebswelle befestigt, die gleichzeitig dreht, und senkt sich, wenn der Haltestift entfernt wird. 1. Herstellung von Nicht-Standard-Ausrüstung <ol><li> Flotation Boot <ol><li> Sprechen Sie die Größe des Bootes, so dass er ohne sie zu berühren die Seiten bequem innerhalb des experimentellen Tank passt. HINWEIS: Die Flotation Boot (siehe Abb . 3) besteht aus Polystyrol Wänden und einem Biskuitboden. </li><li> Schützen Sie den Schwamm mit einer Schicht aus strong Seidenpapier. HINWEIS: Der Zweck des Tissue-Papier ist so viel vertikale Schwung aus dem in das Boot wie möglich gegossen Flüssigkeit abzuführen. </li></ol></li></ol> 2. Herstellung von Experiment <ol><li> Herstellung von Flüssigkeitsschichten <ol><li> Lassen Sie destilliertes Wasser auf Labortemperatur zu kommen (22 ± 2 ° C). Etwa 650 ml für jede experimentelle Realisierung erforderlich. HINWEIS: Lassen der Mischung verhindert äquilibrieren Bildung von Blasen in dem Experiment aufgrund exsolving Luft. </li><li> Trenne die destilliertes Wasser in gleichen Volumina in zwei getrennten Behältern, A und B, die verwendet wird , Flüssigkeit für die dichte untere Schicht und obere Schicht jeweils Licht vorzubereiten. </li><li> Ex-situ - Herstellung von dichten unteren Schicht. Um den Inhalt des Behälters A: <ol><li> Hinzufügen NaCl eine Konzentration von 0,43 mol NaCl zu erreichen pro Liter Wasser (ca. 25 g NaCl pro LiterWasser erforderlich sein wird); </li><li> In 0,33 g rote und blaue Wasser-Tracing - Farbstoffe auf die untere Schicht Behälter (zB Cole-Parmer 00295-16 &amp; -18); </li><li> In 0,1 g L -1 Fluorescein - Natrium. HINWEIS: Die untere Schicht wird nun opak im Aussehen sein und eine Dichte von etwa -3 1012,9 ± 1,2 kg m haben. </li></ol></li><li> Ex-situ - Herstellung von Licht oberen Schicht. Den Inhalt des Behältnisses B: <ol><li> In MnCl 2 Salz mit einer Konzentration von 0,06 mol MnCl 2 pro Liter Wasser zu erreichen (ca. 12 g MnCl 2 pro Liter Wasser). HINWEIS: Die obere Schicht wird im Aussehen transparent sein und eine Dichte von etwa -3 998,2 ± 0,5 kg m aufweisen. </li></ol></li><li> Glycerol C 3 H 8 O 3 in gleichen Mengen zu jeder Schicht , um die Viskosität der Fluidschichten variieren, addieren , bis die gewünschte Viskosität erreicht ist. Typische viscosities liegen im Bereich 1,00 × 10 -3 - 21.00 × 10 -3 Pa s. Die Viskosität jeder Schicht die gleiche ist. HINWEIS: Die Mischungen können sicher in ihren getrennten Behältern aufbewahrt werden, bis sie benötigt werden. </li><li> Ex-situ - Herstellung von Dichteschichtung. <ol><li> Hinzufügen von 300 ml des Inhalts des Behälters A auf dem zylindrischen Innentank (siehe Fig. 2). </li><li> Tauchen Sie den Schwamm der Flotation Boot in Flüssigkeit aus dem Behälter B. HINWEIS: Nach der (2.1.6.2) das Verfahren Zeit empfindlich ist, so keine weiteren Schritte durchführen, bis alle der Magnet und die Beleuchtung, Aufnahme und mechanischen Mechanismen bereit sind. </li><li> Heben Sie die Flotation Boot aus dem Behälter B und, wenn es tropft gestoppt hat, sorgfältig die Flotation Boot platzieren auf der Oberseite der Schicht des dichten Fluids in der inneren zylindrischen Behälter. </li><li> Fangen Sie an , Licht-Schicht Flüssigkeit aus dem Behälter B zur Flotation Boot hinzufügen mit einer Fließgeschwindigkeit von3 ml / min. Erhöhen Sie diese Flussrate als die Flotation Boot von der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten abhebt. Pflegen eine langsam genug Strömungsgeschwindigkeit, dass die Schnittstelle nicht durch die erhöhte Dynamik der Fluidströmung gestört wird, aber schnell genug, dass dieser Prozess nicht mehr als 20 min dauert. Halten Füllen, bis die obere Schicht 320 ml Flüssigkeit enthält. HINWEIS: Die untere Schicht in einer Tiefe von etwa 33 mm sein, und die obere Schicht in einer Tiefe von etwa 39 mm sein. </li><li> die Lucite Deckel in der oberen Schicht, so dass die Schichttiefen jeder Schicht gleich sind sorgfältig senken. Lassen Sie Flüssigkeit und Luft durch die Entlüftungsöffnungen zu fließen, um sicherzustellen, dass keine Luft unter gefangen ist. Beobachten Sie eine Schicht (ca.. 6 mm) des klaren Lichts Schicht Flüssigkeit auf der Oberseite des Lucite Deckel. HINWEIS: Wenn der Prozess erfolgreich war, wird es zwischen ihnen mit einer scharfen Schnittstelle von gleicher Tiefe sein, zwei Schichten von Flüssigkeit. Die Dicke der Diffusionsschicht an der Grenzfläche ist geringer als 2 mm in diesem Stadium. </li></ol></li><li> Füllen der Außentank mit klarem destilliertem Wasser bis zu einer Höhe von 6 mm oberhalb der Lucite Deckel des Innenbehälters. Beim Beobachten square-on wird es keine Krümmung induzierte Parallaxe von dem inneren zylindrischen Tank führt. HINWEIS: Da die Flüssigkeiten in jeder Schicht kontinuierlich über die Grenzfläche zu diesem Zeitpunkt diffundieren, gehen sofort in den folgenden Schritten. </li></ol></li><li> Spin-up der Schichtung <ol><li> Legen Sie die experimentellen Behälter auf der Plattform. </li><li> Positionieren Sie die Anordnung mit dem Kupferzylinder in der Bohrung des Magneten, der Antriebswelle durch das Schlüsselloch Öffnung in der Spur und der Haltestift in Position. Stellen Sie sicher, dass der Tank weit entfernt ist (60 cm) von dem Magneten, so daß die magnetischen Kräfte, die auf die Flüssigkeiten an dieser Position vernachlässigbar sind. HINWEIS: Das Tragen des experimentellen Tank die Schichtung stellt einige Schwierigkeiten enthält; lange, niedrige Amplitude, Schwappen Wellen eingesetzt durch die mit th Fuße Tank zerfallen wird entfernt, einen vernachlässigbaren Effekt auf die Qualität der erreichten Schnittstelle aufweisen, wenn auf der oberen Schicht schwimmt. </li><li> Schalten Sie den Motor, um die Geschwindigkeit der Drehung bei 0,002 rad s -2 zunehmender Spinn-up das Fluid auf die gewünschte Rotationsrate. Für die Drehraten in 16 war der Spin-up - Zeit von der Größenordnung 20 min - 60 min. HINWEIS: Die schnellste Rotationsgeschwindigkeit verwendet betrug 13,2 rad s -1. </li></ol></li></ol> 3. Durchführung des Experiments <ol><li> Sicherzustellen , dass der Magnet eine Feldstärke von 1,2 T anzeigt, und daß auf der Höhe , bei der die Instabilität der Feldgradient initiiert ist (grad B 2) / 2 = -14,3 T 2 m -1 ist , wobei B die magnetische Induktion ist . </li><li> Sicherstellen, dass die Videokamera so angeordnet ist, dass, wenn die Antriebswelle in ihrer untersten Position ist entweder die Seitenansicht des Experiments im Fokus ist, oder eine Draufsicht ist im Fokus durch einen Spiegel plüber dem Experiment aced. </li><li> Sicherstellen, dass die Umgebungsbeleuchtung ist auf den richtigen Ebenen, so dass keiner der von der Kamera aufgenommene Bild gesättigt ist, sondern dass die vollständige Reaktion verwendet wird (Graustufen Intensitäten im Bereich von 0-255). </li><li> Beginnen Videoaufzeichnung (240 fps). Verwenden Sie eine Fernbedienung Bewegen der Kamera zu verhindern, während die Aufnahmefunktion arbeitet. </li><li> Entfernen der Haltestift, so dass der Tank abzusteigen, während er sich dreht, in das Magnetfeld. </li></ol> 4. Reset Experiment <ol><li> Zurücksetzen Versuchsanlage <ol><li> Verwenden Sie die Fernbedienung, um die Videoaufzeichnung zu stoppen. </li><li> Speichern Sie die Filmdatei auf der Festplatte. </li><li> Von Hand, niedriger die Spannung an den Motor, so dass es zu einem Stillstand verlangsamt. Führen Sie diese nach und nach, um Verschüttungen zu verhindern. </li><li> Entfernen Versuchsanordnung von Magneten. </li><li> Entsorgen Sie die gemischte Flüssigkeit Schichten in geeigneter Weise (siehe Manganese chloridtetrahydrat MSDS). </li><li> Spülen Sie den Tank mit Wasser (esmuss nicht destilliert) werden, bis alle Spuren von Salzen wurden weggespült. Vermeiden Sie direkten Hautkontakt mit Flüssigkeiten. </li><li> Trocknen Sie den Behälter vorsichtig mit Seidenpapier, um sicherzustellen, dass keine Rückstände übrig, die nachfolgende Experimente verunreinigen können. </li></ol></li></ol> 5. Bildverarbeitung <ol><li> Extrahieren Sie die einzelnen Bilder aus jedem Film Rahmen und speichern in lossless .png Format. Maskieren unerwünschte Bereiche jedes Rahmens, beispielsweise der Plattform oder Kupferzylinder. </li><li> Berechnen der zweidimensionalen Autokorrelationsfunktion 16 von jedem Bildrahmen für 2 s nach dem Beginn der Instabilität einer diskreten schnellen Fourier - Transformation verwendet wird . Zeichnen Sie die Minimum, Mittelwert und Maximalwert der beobachteten Wellenlänge für die Rotationsgeschwindigkeit des Experiments und der Viskosität der Fluidschichten. </li></ol>

<ol>
	<li>Lewis, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+liquid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+II.">The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. II.</a> Proc. Roy. Soc., A. 202, 81-96 (1950).</li><li>Read, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+turbulent+mixing+by+Rayleigh-Taylor+instability.">Experimental investigation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability.</a> Physica D. 12, 45-58 (1984).</li><li>Dimonte, G., Schneider, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+Rayleigh-Taylor+instability+experiments+with+variable+acceleration.">Turbulent Rayleigh-Taylor instability experiments with variable acceleration.</a> Phys. Rev. E. 54, 3740-3743 (1996).</li><li>Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+:+experiments+with+image+analysis.">Rayleigh-Taylor instability : experiments with image analysis.</a> Dyn. Atmos. Oceans. 20, 127-153 (1993).</li><li>Jacobs, J. W., Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+in+complex+stratifications.">Rayleigh-Taylor instability in complex stratifications.</a> J. Fluid Mech. 542, 251-279 (2005).</li><li>Linden, P. F., Redondo, J. M., Youngs, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mixing+in+Rayleigh-Taylor+instability.">Molecular mixing in Rayleigh-Taylor instability.</a> J. Fluid Mech. , 97-124 (1994).</li><li>Lord Rayleigh, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+Character+of+the+Equilibrium+of+an+Incompressible+Heavy+Fluid+of+Variable+Density.">Investigation of the Character of the Equilibrium of an Incompressible Heavy Fluid of Variable Density.</a> Proc. Lon. Math. Soc. 14, 170-177 (1883).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+fluid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+I.">The instability of fluid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I.</a> Proc. Roy. Soc., A. 201, 192-196 (1950).</li><li>Limat, L., Jenffer, P., Dagens, B., Touron, E., Fermigier, M., Wesfreid, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravitational+instabilities+of+thin+liquid+layers:+dynamics+of+pattern+selection.">Gravitational instabilities of thin liquid layers: dynamics of pattern selection.</a> Physica D. 61, 166-182 (1992).</li><li>Gelfand, J. D., Slane, P. O., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Dynamical+Model+for+the+Evolution+of+a+Pulsar+Wind+Nebula+Inside+a+Nonradiative+Supernova+Remnant.">A Dynamical Model for the Evolution of a Pulsar Wind Nebula Inside a Nonradiative Supernova Remnant.</a> Astrophys. J. 703, 2051-2067 (2009).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+Motion+of+Solid+Bodies+in+Rotating+Fluids.">Experiments on the Motion of Solid Bodies in Rotating Fluids.</a> Proc. Roy. Soc., A. 104, 213-218 (1923).</li><li>Proudman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Motion+of+Solids+in+a+Liquid+Possessing+Vorticity.">On the Motion of Solids in a Liquid Possessing Vorticity.</a> Proc. Roy. Soc., A. 92, 408-424 (1916).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+of+Solids+in+Fluids+when+the+Flow+is+not+lrrotational.">Motion of Solids in Fluids when the Flow is not lrrotational.</a> Proc. Roy. Soc., A. 93, 99-113 (1917).</li><li>Carl&#232;s, P., Huang, Z., Carbone, G., Rosenblatt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+for+Immiscible+Fluids+of+Arbitrary+Viscosities:+A+Magnetic+Levitation+Investigation+and+Theoretical+Model.">Rayleigh-Taylor Instability for Immiscible Fluids of Arbitrary Viscosities: A Magnetic Levitation Investigation and Theoretical Model.</a> Phys. Rev. Lett. 96, 104501 (2006).</li><li>Huang, Z., De Luca, A., Atherton, T. J., Bird, M., Rosenblatt, C., Carl&#232;s, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+Experiments+with+Precise+and+Arbitrary+Control+of+the+Initial+Interface+Shape.">Rayleigh-Taylor Instability Experiments with Precise and Arbitrary Control of the Initial Interface Shape.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 204502 (2007).</li><li>Baldwin, K. A., Scase, M. M., Hill, R. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Inhibition+of+the+Rayleigh-Taylor+Instability+by+Rotation.">The Inhibition of the Rayleigh-Taylor Instability by Rotation.</a> Sci. Rep. 5, 11706 (2015).</li><li>Rossby, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+B&#233;nard+convection+with+and+without+rotation.">A study of B&#233;nard convection with and without rotation.</a> J. Fluid Mech. 36, 309-335 (1969).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Es gibt zwei wichtige Schritte innerhalb des Protokolls. Die erste ist, 2.1.6.4. Wenn die Lichtschicht zu schnell schwimmt auf der dichten Schicht dann irreversible Vermischung der beiden mischbare Fluidschichten stattfindet. Es ist wesentlich, daß dies vermieden wird, und daß eine scharfe (&lt;2 mm) Grenzfläche zwischen den beiden Schichten erreicht wird. Der zweite entscheidende Schritt ist 3.1.5. Wenn das Experiment in Richtung des Magneten freigegeben wird, ohne vollständig gesponnen-up in Festkörperrotation od...

<html> Eine Dichte geschichtete Flüssigkeitssystem aus zwei Schichten besteht, kann entweder in einem stabilen oder instabilen Konfiguration in einem Gravitationsfeld angeordnet werden. Wenn die dichte Schwerschicht liegt unter der weniger dichten, leichten Schicht dann ist das System stabil: Perturbationen auf die Schnittstelle stabil sind, wiederhergestellt durch die Schwerkraft, und die Wellen können an der Grenzfläche unterstützt werden. Wenn die Schwerschicht die Lichtschicht überlagert, dann ist das System instabil und Störungen an der Grenzfläche wachsen. Diese grundlegende Flüssigkeit Instabilität ist die Rayleigh-Taylor - Instabilität 7, 8. Genau die gleiche Instabilität kann in nicht rotierenden Systemen beobachtet werden, die in Richtung der schwereren Schicht beschleunigt werden. Durch die grundlegende Natur der Instabilität es in sehr vielen Strömungen beobachtet wird , die ebenfalls stark im Maßstab variieren: von kleinen Dünnfilmphänomene 9 bis astrophysikalische Skala Merkmale beobachtet, zum Beispiel der Krebsnebelef &quot;&gt; 10, wobei fingerartige Strukturen beobachtet werden, erstellt von Pulsar Winde wird durch dichtere Supernova - Überreste beschleunigt. Es ist eine offene Frage , wie die Rayleigh-Taylor - Instabilität kann kontrolliert oder beeinflusst werden , sobald die anfängliche instabilen Dichteunterschied wurde an einer Grenzfläche hergestellt. eine Möglichkeit ist bulk Drehung des Systems zu berücksichtigen. der Zweck der Experimente ist es, die Wirkung der Rotation auf dem System zu untersuchen, und ob dies ein Weg zur Stabilisierung sein. Wir betrachten ein Flüssigkeitssystem, das aus einer zweilagigen gravitations instabilen Schichtung besteht, die stetige Drehung um eine Achse parallel zur Richtung der Schwerkraft unterworfen ist. Eine Störung zu einer instabilen zweischichtigen Dichteschichtung führt zu baroklinen Erzeugung von Verwirbelung, also Umkippen, an der Grenzfläche dazu neigt , alle vertikalen Strukturen aufzubrechen. Jedoch wird ein rotierender Flüssigkeits bekannt selbst in kohärente vertikale st zu organisierenructures mit der Drehachse ausgerichtet sind , so genannte Taylor columns &#39;11. Daraus ergibt sich die untersuchte System erfährt der Wettbewerb zwischen der stabilisierenden Wirkung der Rotation, dass die Strömung in vertikalen Strukturen organisiert und verhindern, dass die beiden Schichten Umkippen und die destabilisierende Wirkung der dichteren Flüssigkeit über der leichteren Flüssigkeit, die an der Schnittstelle ein Umkippen Bewegung erzeugt . Mit einer erhöhten Rotationsgeschwindigkeit 12 die Fähigkeit der Fluidschichten radial zu bewegen, mit gegensinnig zueinander, um sich in eine stabilere Konfiguration neu anzuordnen, gehemmt wird zunehmend durch die Taylor-Proudman Theorem, 13: die Radialbewegung reduziert wird und die beobachteten Strukturen, die als die Instabilität materialisieren entwickelt sind kleiner im Maßstab. Feige. 1 zeigt qualitativ die Wirkung der Rotation auf den Wirbeln , die als die Instabilität entwickelt bilden. In demBild links gibt es keine Rotation und die Strömung ist eine Annäherung an klassische nicht-rotierenden Rayleigh-Taylor-Instabilität. In der rechten Bild alle experimentellen Parameter sind identisch mit dem linken Bild, außer, dass das System um eine vertikale Achse gedreht wird, mit der Mitte des Behälters ausgerichtet ist. Es ist ersichtlich, dass die Wirkung der Drehung ist, die Größe der Wirbel zu verringern, die gebildet werden. Dies wiederum führt zu einer Instabilität, die langsamer als die nicht drehende Gegenstück entwickelt. Die magnetischen Effekte, die die Spannungstensors in der Flüssigkeit ändern kann, wie wirkt in der gleichen Weise wie eine modifizierte Gravitationsfeld betrachtet werden. Wir sind daher in der Lage eine gravitativ stabile Schichtung zu erstellen und sie drehen sich in Festkörperrotation. Die magnetischen Körperkräfte erzeugt, indem das Gradientenmagnetfeld zur Einführung imitieren dann die Wirkung des Gravitationsfeldes modifizieren. Dies macht die Schnittstelle instabil, so dass das Fluidsystem behaves, in guter Näherung als klassische Rayleigh-Taylor-Instabilität unter Rotation. Dieser Ansatz wurde in zwei Dimensionen ohne Rotation 14, 15 zuvor versucht. Für ein angelegtes Magnetfeld mit Gradienten induzierte Magnetfeld B aufgebrachte Massenkraft auf ein Fluid konstanter χ magnetischen Suszeptibilität Volumen ist gegeben durch f = grad (χ B 2 / μ 0), wobei B = | B | und μ 0 = 4π × 10 -7 NA -2 ist die magnetische Permeabilität des freien Raumes. Wir können daher den Magneten betrachten die wirksame Gewicht jeder Fluidschicht zu manipulieren, wobei das effektive Gewicht pro Volumeneinheit eines Fluids mit einer Dichte ρ in einem Gravitationsfeld der Stärke g durch ρ g gegeben ist - χ (∂ B 2 / ∂ z ) / (2 μ 0).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="696">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Blue water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-18</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Red water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Chloride</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>&#62;99% purity</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Manganese Chloride Tetrahydrate</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>See MSDS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fluorescein sodium salt&#160;</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magnet</td>
			<td style="width:195px;">Cryogenic Ltd. London</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetically induced rotating rayleigh-taylor instability

Klassische Techniken zur Untersuchung der Rayleigh-Taylor - Instabilität umfassen die Verwendung von komprimierten Gasen 1, rocketry 2 oder elektrische Linearmotoren 3 die Wirkrichtung der Schwerkraft umkehren, und beschleunigen die leichtere Flüssigkeit in Richtung des dichteren Flüssigkeit. Andere Autoren zB 4, 5, 6 haben eine gravitations instabile Schichtung mit einer Barriere getrennt , die entfernt wird , um die Strömung zu veranlassen . Jedoch erlegt die parabolische Ausgangsschnittstelle in dem Fall eines rotierenden Schichtung erhebliche technische Schwierigkeiten experimentell. Wir möchten, dass die Schichtung in Festkörperrotation Spin-up und nur dann initiieren den Fluss, um die Auswirkungen der Rotation auf die Rayleigh-Taylor-Instabilität zu untersuchen. Der Ansatz, den wir angenommen haben, hier ist das Magnetfeld zu verwenden voneinen supraleitenden Magneten das effektive Gewicht der beiden Flüssigkeiten zu manipulieren, um die Strömung zu veranlassen. Wir schaffen eine gravitativ stabile Zweischicht Schichtung unter Verwendung von Standard Flotationstechniken. Die obere Schicht ist weniger dicht als die untere Schicht und so das System Rayleigh-Taylor stabil. Diese Schichtung wird dann versponnen-up, bis beide Schichten in der Festkörperrotation und eine parabolische Schnittstelle sind beobachtet. Diese Experimente verwenden Flüssigkeiten mit niedriger magnetischer Suszeptibilität | χ | ~ 10 -6 - 10 -5 Vergleich zu einem Ferrofluiden. Die dominierende Wirkung des Magnetfeldes wendet eine Körperkraft auf jede Schicht das effektive Gewicht zu verändern. Die obere Schicht wird schwach para- während die untere Schicht schwach diamagnetisch ist. Wenn das Magnetfeld angelegt wird, wird die untere Schicht von dem Magneten abgestoßen, während die obere Schicht gegenüber dem Magneten angezogen wird. Eine Rayleigh-Taylor-Instabilität wird unter Anlegen eines hohen Gradientenmagnetfeld erzielt. Wir beobachteten ferner, dass incReasing die dynamische Viskosität der Flüssigkeit in jeder Schicht zunimmt, der Instabilität der Längenskala.

Feige. 4 zeigt die Entwicklung der Rayleigh-Taylor - Instabilität an der Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten, für vier verschiedene Drehraten: Ω = 1,89 rad s -1 (obere Reihe), Ω = 3,32 rad s -1, Ω = 4,68 rad s - 1 und Ω = 8,74 rad s -1 (untere Reihe). Die Schnittstelle entwickelt sich von t = 0 s (linke Spalte) mit Schritten von 0,5 s in der Zeit gezeigt , bis t = 3,0 s (rechte Spalte). Die rechte Spa...

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Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

Magnetisch Induzierte Rotating Rayleigh-Taylor-Instabilität

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

magnetically-induced-rotating-rayleigh-taylor-instability

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Serie: Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

Untersuchung der frühen Evolution von Plasma ultrakurzer Laserpulse

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

Forschung

Ingenieurwesen

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle&#039;s Mapping and Quantification in Organ Tissue

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

Laserinduzierte Plasmaspektroskopie: ein neuer Ansatz für die Nanopartikel-Mapping und Quantifizierung in Organgewebe

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics industry. In this technique the chip and/or the substrate is bumped and the two are bonded via these conductive bumps. Many bumping techniques have been developed and intensively investigated since the introduction of the FC technology in 19601 such as stencil printing, stud bumping, evaporation and electroless/electroplating2. Despite the progress that these methods have made they all suffer from one or more than one drawbacks that need to be addressed such as cost, complex processing steps, high processing temperatures, manufacturing time and most importantly the lack of flexibility. In this paper, we demonstrate a simple and cost-effective laser-based bump forming technique known as Laser-induced Forward Transfer (LIFT)3. Using the LIFT technique a wide range of bump materials can be printed in a single-step with great flexibility, high speed and accuracy at RT. In addition, LIFT enables the bumping and bonding down to chip-scale, which is critical for fabricating ultra-miniature circuitry.

We demonstrate the use of the Laser-induced Forward Transfer (LIFT) technique for flip-chip assembly of optoelectronic components. This approach provides a simple, cost-effective, low-temperature, fast and flexible solution for fine-pitch bumping and bonding on chip-scale for achieving high-density circuits for optoelectronic applications.

Laser-induzierte Vorwärtstransfer für Flip-Chip-Packaging der Einzelstümpfe

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using visible light irradiation with plasmonic nanoparticles. The plasmonic nanoparticle is used to improve the reduction efficiency of GO. It only takes 30 min&#160;at RT by illuminating the solutions with Xe-lamp, the r-GO solutions can be obtained by completely removing gold nanoparticles through simple centrifugation step. The spherical gold nanoparticles (AuNPs) as compared to the other nanostructures is the most suitable plasmonic nanostructure for r-GO preparation. The reduced graphene oxide prepared using visible light and AuNPs was equally qualitative as chemically reduced graphene oxide, which was supported by various analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, powder XRD and XPS. The reduced graphene oxide prepared with visible light shows excellent quenching properties over the fluorescent molecules modified on ssDNA and excellent fluorescence recovery for target DNA detection. The r-GO prepared by recycled AuNPs is found to be of same quality with that of chemically reduced r-GO. The use of visible light with plasmonic nanoparticle demonstrates the good alternative method for r-GO synthesis.

A simple protocol for the preparation of reduced graphene oxide using visible light and plasmonic nanoparticle is described.

Sichtbares Licht induzierte Reduktion von Graphenoxid Mit Plasmonische Nanopartikel

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With designs governed by the dynamic performance under human-induced loads, a strong demand exists for the verification and refinement of currently available load models. The present contribution uses a 3D inertial motion tracking technique for the characterization of the in-field pedestrian behavior. The technique is first tested in laboratory experiments with simultaneous registration of the corresponding ground reaction forces. The experiments include walking persons as well as rhythmical human activities such as jumping and bobbing. It is shown that the registered motion allows for the identification of the time variant pacing rate of the activity. Together with the weight of the person and the application of generalized force models available in literature, the identified time-variant pacing rate allows to characterize the human-induced loads. In addition, time synchronization among the wireless motion trackers allows identifying the synchronization rate among the participants. Subsequently, the technique is used on a real footbridge where both the motion of the persons and the induced structural vibrations are registered. It is shown how the characterized in-field pedestrian behavior can be applied to simulate the induced structural response. It is demonstrated that the in situ identified pacing rate and synchronization rate constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads. The main potential applications of the proposed methodology are the estimation of human-structure interaction phenomena and the development of suitable models for the correlation among pedestrians in real traffic conditions.

A protocol is presented for the characterization of the in-field pedestrian behavior and the simulation of the resulting structural response. Field-tests demonstrate that the in situ identified pacing rate and synchronization rate among the participants constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads.

Simulation von Menschen verursachte Schwingungen Basierend auf dem Gekennzeichnet In-Bereich Fußgängerverhalten

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of these processes such as inkjet3 and laser-induced forward transfer (LIFT)4 have become increasingly popular as interest in printable electronics and maskless patterning has grown. These additive manufacturing processes are inexpensive, environmentally friendly, and well suited for rapid prototyping, when compared to more traditional semiconductor processing techniques. While most direct-write processes are confined to two-dimensional structures and cannot handle materials with high viscosity (particularly inkjet), LIFT can transcend both constraints if performed properly. Congruent transfer of three dimensional pixels (called voxels), also referred to as laser decal transfer (LDT)5-9, has recently been demonstrated with the LIFT technique using highly viscous Ag nanopastes to fabricate freestanding interconnects, complex voxel shapes, and high-aspect-ratio structures. In this paper, we demonstrate a simple yet versatile process for fabricating a variety of micro- and macroscale Ag structures. Structures include simple shapes for patterning electrical contacts, bridging and cantilever structures, high-aspect-ratio structures, and single-shot, large area transfers using a commercial digital micromirror device (DMD) chip.

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

Laser-induzierte Vorwärts Übertragung von Ag von Nano

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

Die Herstellung von 1-D Photonic Kristallhöhle auf einer Nanofaser Mit Femtosekunden-Laser-induzierte Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

Vorbereitung der Flüssigkristall-Netzwerke für makroskopische oszillierende Bewegung, die durch Licht induzierten

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural studies by nuclear magnetic resonance (NMR) to nanotechnological developments including the formation of optically active and magnetically switchable gels. Such technologies require high control of the assembly size, magnetic response and thermal resistance. Mixtures of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) and its lanthanide ion (Ln3+) chelating phospholipid conjugate, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate (DMPE-DTPA), assemble into highly magnetically responsive assemblies such as DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+ (molar ratio 4:1:1) bicelles. Introduction of cholesterol (Chol-OH) and steroid derivatives in the bilayer results in another set of assemblies offering unique physico-chemical properties. For a given lipid composition, the magnetic alignability is proportional to the bicelle size. The complexation of Ln3+ results in unprecedented magnetic responses in terms of both magnitude and alignment direction. The thermo-reversible collapse of the disk-like structures into vesicles upon heating allows tailoring of the assemblies&#39; dimensions by extrusion through membrane filters with defined pore sizes. The magnetically alignable bicelles are regenerated by cooling to 5 &#176;C, resulting in assembly dimensions defined by the vesicle precursors. Herein, this fabrication procedure is explained and the magnetic alignability of the assemblies is quantified by birefringence measurements under a 5.5 T magnetic field. The birefringence signal, originating from the phospholipid bilayer, further enables monitoring of polymolecular changes occurring in the bilayer. This simple technique is complementary to NMR experiments that are commonly employed to characterize bicelles.

Fabrication procedures for highly magnetically responsive lanthanide ion chelating polymolecular assemblies are presented. The magnetic response is dictated by the assembly size, which is tailored by extrusion through nanopore membranes. The assemblies&#39; magnetic alignability and temperature-induced structural changes are monitored by birefringence measurements, a complimentary technique to nuclear magnetic resonance and small angle neutron scattering.

Fertigung-Verfahren und Doppelbrechung Messungen für die Gestaltung von magnetisch reagieren Lanthanoid-Ionen chelatisierenden Phospholipid-Baugruppen

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

Abkoppeln Corioliskraft und rotierenden Auftrieb Auswirkungen auf Vollfeld Heat Transfer Eigenschaften eines rotierenden Kanals

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...