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

NOTA: O dispositivo experimental é mostrado esquematicamente na Fig. 2. A parte principal do aparelho é constituído por uma plataforma rotativa (300 mm x 300 mm) montado no cilindro de cobre (55 mm de diâmetro) que desce sob o seu próprio peso no forte campo magnético de um magneto supercondutor (1,8 T), com um quarto furo vertical, temperatura. A plataforma é feita para girar através de um motor fora de eixo que gira um deslizamento de suporte com um orifício buraco da fechadura. O cilindro de cobre está ligado a um veio de chave em forma de disco que roda simultaneamente, e uma vez que o desce-pino de retenção é removido. 1. Preparação de equipamentos não-padrão <ol><li> barco de flotação <ol><li> Adicione o tamanho do barco de tal modo que ele se adapta confortavelmente no interior do tanque experimental sem tocar os lados. NOTA: O barco de flotação (ver Fig. 3) é composto por paredes de poliestireno e uma base de esponja. </li><li> Proteger a esponja com uma camada de stlenço de papel rong. NOTA: A finalidade do papel de seda é dissipar o máximo impulso vertical a partir do fluido derramado para dentro do barco quanto possível. </li></ol></li></ol> 2. Preparação da Experiência <ol><li> Preparação de camadas líquidas <ol><li> Permitir que a água destilada para chegar até à temperatura de laboratório (22 ± 2 ° C). Cerca de 650 ml é necessária para cada realização experimental. NOTA: Permitir que a mistura se equilibre evita a formação de bolhas na experiência devido à exsolving ar. </li><li> Separa-se a água destilada em volumes iguais em dois recipientes separados, A e B, os quais irão ser utilizados para preparar o líquido para a camada densa e inferior da camada superior de luz respectivamente. </li><li> Preparação ex-situ da camada inferior densa. Para o conteúdo do recipiente A: <ol><li> Adicionar NaCl a atingir uma concentração de 0,43 mol de NaCl por litro de água (cerca de 25 g de NaCl por litro deserá necessário água); </li><li> Adicionar corantes de rastreamento de água 0,33 g de vermelho e azul para o recipiente camada inferior (por exemplo, Cole-Parmer 00295-16 e -18); </li><li> Adicionar 0,1 g L -1 de fluoresceína de sódio. NOTA: A camada inferior será agora ser opacos e ter uma densidade de cerca de 1012,9 ± 1,2 kg m -3. </li></ol></li><li> Preparação ex-situ da camada superior de luz. Para o conteúdo do recipiente B: <ol><li> Adicionar sal de MnCl2 para atingir uma concentração de 0,06 mol de MnCl 2 por litro de água (cerca de 12 g de MnCl2 por litro de água). NOTA: A camada superior será transparente em aparência e têm uma densidade de cerca de 998,2 ± 0,5 kg m -3. </li></ol></li><li> Para variar a viscosidade das camadas de fluido, adicionar glicerol C 3 H 8 O 3 em quantidades iguais a cada camada, até a viscosidade desejada é atingida. viscositie típicas encontram-se na faixa de 1,00 × 10 -3 - 21,00 × 10 -3 Pa s. A viscosidade de cada camada é a mesma. NOTA: As misturas podem ser armazenados com segurança em seus recipientes separados até serem necessárias. </li><li> Preparação ex-situ de estratificação da densidade. <ol><li> Adicionar 300 mL do conteúdo do recipiente para o tanque interior cilíndrica (ver Fig. 2). </li><li> Mergulhe a esponja do barco de flutuação no fluido do recipiente B. NOTA: Depois de (2.1.6.2) o procedimento é sensível ao tempo, por isso não realizar quaisquer passos até que todo o íman e a iluminação, gravação e mecanismos mecânicos estão prontos. </li><li> Levantar o barco flotação para fora do recipiente B e, quando parou de gotejamento, colocar cuidadosamente o barco de flutuação na parte superior da camada de fluido denso no tanque cilíndrico interior. </li><li> Começar a adicionar o líquido da camada de luz a partir do recipiente B para o barco de flutuação, com um caudal de3 ml / min. Aumentar gradualmente a esta taxa de fluxo de como o barco flotação levanta em relação à interface entre as duas camadas. Manter uma taxa suficiente fluxo lento que a interface não é perturbado pelo aumento da dinâmica do fluxo de fluido, mas rápido o suficiente para que este processo não leva mais do que 20 min. Manter o enchimento até que a camada superior contém 320 ml de fluido. NOTA: A camada inferior será a uma profundidade de aproximadamente 33 mm e a camada superior estará a uma profundidade de aproximadamente 39 mm. </li><li> Cuidadosamente abaixe a tampa Lucite na camada superior de modo que as profundidades de camada de cada camada são iguais. Permitir que o fluido e o ar flua através dos orifícios de purga, assegurando que nenhum ar fica preso por baixo. Observar uma camada (aprox. 6 mm) do líquido desobstruído leve camada na parte superior da tampa de acrílico. Observação: se o processo foi bem sucedido haverá duas camadas de líquido de igual profundidade com uma interface bem definida entre eles. A espessura da camada de difusão na interface será menor do que 2 mm nesta fase. </li></ol></li><li> Encha o tanque exterior com água destilada clara até uma altura de 6 mm acima da tampa de acrílico do depósito interno. Ao observar-quadrado em que não haverá paralaxe induzida por curvatura resultante a partir do tanque cilíndrico interior. Observação: Uma vez que os líquidos em cada camada são continuamente difundir através da interface neste ponto, prosseguir imediatamente para os passos seguintes. </li></ol></li><li> Spin-up da estratificação <ol><li> Coloque o tanque experimental sobre a plataforma. </li><li> Posicionar o arranjo com o cilindro de cobre no orifício do íman, o veio de accionamento através do orifício de fechadura na pista e o pino de retenção em posição. Certifique-se de que o tanque está longe (60 cm) a partir do íman de tal modo que as forças magnéticas sobre os líquidos são negligenciáveis ​​nesta posição. NOTA: Levar o tanque experimental contendo a estratificação apresenta algumas dificuldades; longa, baixa amplitude, ondas se movimentando criado por andar com the tanque irá decair distância, tendo efeito insignificante sobre a qualidade da interface alcançada quando flutuando na camada superior em. </li><li> Ligar o motor, aumentando a taxa de rotação a 0.002 rad s -2, girando-se o fluido para a velocidade de rotação desejada. Para as taxas de rotação em 16 o tempo de spin-se era da ordem de 20 min - 60 min. NOTA: A velocidade de rotação mais rápida usada foi de 13,2 rad s -1. </li></ol></li></ol> 3. Execução de Experiment <ol><li> Certifique-se de que o íman está indicando uma intensidade de campo de 1,2 T, e em que a altura em que a instabilidade é iniciado o gradiente de campo é (Grad B 2) / 2 = -14,3 T 2 m-1, em que B é a indução magnética . </li><li> Assegure-se que a câmara de vídeo é disposto de tal modo que, quando o veio de accionamento está na sua posição mais baixa, quer a vista lateral da experiência está em foco, ou uma vista em planta está em foco através de um espelho placed acima do experimento. </li><li> Assegurar a iluminação ambiente é a um nível correcto, de tal modo que nenhuma da imagem capturada pela câmara é saturados, mas que a resposta total é usado (as intensidades escala de cinzentos na gama de 0-255). </li><li> Iniciar a gravação de vídeo (240 fps). Usar um controle remoto para evitar a movimentação da câmara durante a operação da função de gravação. </li><li> Remover o pino de retenção, permitindo que o tanque de descer, durante a rotação, para o campo magnético. </li></ol> Experiência 4. Redefinir <ol><li> Redefinir plataforma experimental <ol><li> Use o controle remoto para interromper a gravação do vídeo. </li><li> Salve o arquivo de filme para o disco. </li><li> Ao lado, diminuir a tensão para o motor de modo que retarda a uma paralisação. Execute isso gradualmente, de modo a evitar derrames. </li><li> Remover arranjo experimental de ímã. </li><li> Descarte as camadas líquido misturado de forma adequada (ver manganês Cloreto tetra MSDS). </li><li> Enxaguar o tanque com água (istonão precisa de ser destilada), até que todos os vestígios de sais foram removidos por lavagem. Evitar o contato direto da pele com líquidos. </li><li> Seca-se o tanque com cuidado com lenço de papel para assegurar que nenhum resíduo é deixado que podem contaminar as experiências subsequentes. </li></ol></li></ol> Processamento 5. Imagem <ol><li> Extrair as imagens individuais de cada quadro do filme e salvar em lossless formato .png. Mascarar todas as áreas indesejadas de cada quadro, por exemplo, a plataforma ou cilindro de cobre. </li><li> Calcula-se a função de auto-correlação bidimensional 16 de cada quadro de imagem para 2 s após o início da instabilidade usando uma Transformada Rápida de Fourier discreta. Grave a mínima, média, e o valor máximo do comprimento de onda observado para a taxa de rotação da experiência e a viscosidade das camadas de fluido. </li></ol>

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	<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>

Os autores não têm nada a revelar.

Há dois passos críticos no âmbito do protocolo. O primeiro é 2.1.6.4. Se a camada de luz é lançada sobre a camada densa demasiado rapidamente, em seguida, a mistura irreversível das duas camadas de fluidos miscíveis ocorre. É essencial que este é evitado e que uma interface nítida (&lt;2 mm) entre as duas camadas é conseguida. O segundo passo crítico é 3.1.5. Se o experimento é liberado para o ímã sem estar completamente girou-se em rotação corpo sólido ou sem o aparelho de captura de visualização ...

<html> Um sistema de fluido de densidade estratificada constituída por duas camadas podem ser dispostos em um campo gravitacional em qualquer um estável ou uma configuração instável. Se a camada pesada densa está subjacente à camada menos densa, luz, em seguida, o sistema é estável: perturbações na interface são estáveis, restaurada por gravidade, e as ondas podem ser suportados na interface. Se a camada pesada se sobrepõe à camada de luz, em seguida, o sistema é instável e perturbações para a interface de crescer. Esta instabilidade fluido fundamental é a instabilidade Rayleigh-Taylor 7, 8. Exactamente o mesmo pode ser observada instabilidade em sistemas não-rotação que são acelerados em direcção da camada mais pesada. Devido à natureza fundamental da instabilidade que se observa em muitos fluxos que também variam muito em escala: de pequena escala película fina fenômenos 9 às características escala astrofísicos observados em, por exemplo, a Nebulosa do Caranguejoef &quot;&gt; 10, onde são observadas estruturas semelhantes a dedos, criado por ventos pulsar ser acelerado através de restos de supernova mais densas. É uma questão em aberto sobre a forma como a instabilidade Rayleigh-Taylor podem ser controladas ou influenciadas uma vez que a diferença inicial densidade instável tem sido estabelecida numa interface. uma possibilidade é a de considerar rotação maior parte do sistema. a finalidade das experiências é o de investigar o efeito da rotação sobre o sistema, e se esta pode ser uma via para a estabilização. Consideramos que um sistema de fluido que é constituída por uma camada de estratificação dois gravitacionalmente instável que está sujeita a rotação constante em torno de um eixo paralelo à direcção da gravidade. Uma perturbação de uma estratificação de densidade de duas camadas instável conduz à geração baroclínica de vorticidade, ou seja, a capotagem, na interface, que tende a quebrar-se quaisquer estruturas verticais. No entanto, um fluido de rotação é conhecida a organizar-se em r verticais coerenteructures alinhado com o eixo de rotação, de modo que o &#39;Taylor colunas&#39; 11. Por isso, o sistema sob investigação é submetido a competição entre o efeito de estabilização da rotação, que está a organizar o fluxo em estruturas verticais e impedindo as duas camadas capotagem, e o efeito de desestabilização do fluido mais denso que cobre o fluido mais leve que gera um movimento de capotamento na interface . Com o aumento da velocidade de rotação a capacidade das camadas de fluido para mover radialmente, com sentido oposto um ao outro, de modo a rearranjar-se numa configuração mais estáveis, é cada vez mais inibida pelo teorema de Taylor-Proudman, 12, 13: o movimento radial é reduzida e as estruturas observadas que se materializam como a instabilidade desenvolve são menores em escala. FIG. 1 mostra qualitativamente o efeito da rotação sobre os turbilhões que se formam como a instabilidade desenvolve. Noimagem mão esquerda não há rotação e o fluxo é uma aproximação à instabilidade clássica não rotativo Rayleigh-Taylor. Na imagem do lado direito todos os parâmetros experimentais são idênticos aos da imagem esquerda, excepto que o sistema está a ser rodado em torno de um eixo vertical alinhado com o centro do tanque. Pode ser visto que o efeito de rotação é o de reduzir o tamanho dos remoinhos que se formam. Este, por sua vez, resulta em uma instabilidade que se desenvolve de forma mais lenta do que a contraparte não rotativa. Os efeitos magnéticos que modificam o tensor de tensão no fluido pode ser considerado como actuando na mesma maneira que um campo gravitacional modificado. Estamos, portanto, capaz de criar uma estratificação gravitacionalmente estável e girá-lo em rotação corpo sólido. As forças de corpo magnéticos gerados por impor o campo magnético gradiente então imitar o efeito de modificar o campo gravitacional. Isto torna a interface instável de tal forma que o sistema de fluido behaves, com uma boa aproximação, como a instabilidade Rayleigh-Taylor clássica sob rotação. Esta abordagem foi anteriormente tentada em duas dimensões, sem rotação 14, 15. Para obter um gradiente de campo magnético aplicado com induzida campo magnético B, a força aplicada ao corpo de um fluido constante χ volume de susceptibilidade magnética é dada por f = graduado (χ B 2 / μ 0), em que B = | B | e μ 0 = 4π × 10 -7 NA -2 é a permeabilidade magnética do espaço livre. Podemos, portanto, considerar o íman para manipular o peso efectivo de cada camada de fluido, onde o peso efectivo por unidade de volume de um fluido de ρ densidade num campo gravitacional da força g é dada por ρ g - 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

Técnicas clássicas para investigar a instabilidade Rayleigh-Taylor incluem o uso de gases comprimidos 1, foguetes 2 ou motores eléctricos lineares 3 para inverter a direção efetiva da gravidade, e acelerar o fluido de isqueiro para o fluido mais denso. Outros autores, por exemplo 4, 5, 6 têm uma estratificação separados gravitacionalmente instável com uma barreira que é removido para dar início ao fluxo. No entanto, a interface inicial parabólica no caso de uma estratificação rotativo impõe dificuldades técnicas significativas experimentalmente. Queremos ser capazes de girar-se a estratificação em rotação de corpo sólido e só então iniciar o fluxo, a fim de investigar os efeitos de rotação sobre a instabilidade Rayleigh-Taylor. A abordagem que aqui adoptada é a utilização do campo magnético deum magneto supercondutor para manipular o peso efectivo dos dois líquidos de dar início ao fluxo. Criamos uma estratificação de duas camadas gravitacionalmente estável usando técnicas de flutuação normais. A camada superior é menos denso do que a camada inferior e para que o sistema é estável Rayleigh-Taylor. Esta estratificação é, então, girou-up até que ambas as camadas estão em rotação de corpo sólido e uma interface parabólica é observado. Estas experiências usam fluidos com baixa susceptibilidade magnética, | χ | ~ 10 ~ 6 - 10 ~ 5, em comparação com um ferrofluidos. O efeito dominante do campo magnético se aplica uma força de corpo para cada camada alterando o peso efetivo. A camada superior é fracamente paramagnético enquanto a camada inferior é fracamente diamagnético. Quando o campo magnético é aplicado, a camada inferior é repelido do íman enquanto que a camada superior é atraído em direcção ao íman. Uma instabilidade Rayleigh-Taylor é obtida através da aplicação de um campo magnético de gradiente elevado. Observou-se, ainda, que increasing a viscosidade dinâmica do fluido em cada uma das camadas, aumenta o comprimento da escala de instabilidade.

FIG. 4 mostra o desenvolvimento da instabilidade Rayleigh-Taylor na interface entre os dois fluidos, para quatro taxas diferentes de rotação: Ω = 1,89 rad s-1 (linha de cima), Ω = 3,32 rad s -1, Ω = 4,68 rad s - 1, e Ω = 8,74 rad s -1 (linha de fundo). A interface é mostrado em evolução no tempo de t = 0 s (coluna da esquerda) com incrementos de 0,5 s para t = 3,0 s (coluna da direita). Por conseguinte, a colu...

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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.

Magneticamente induzida Rotating Rayleigh-Taylor Instabilidade

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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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.

Investigação da Evolução Plasma Precoce Induzida por Pulsos ultracurtos de laser

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

Engenharia

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.

Induzida por laser Breakdown Spectroscopy: Uma Nova Abordagem para Mapeamento e Quantificação de nanopartículas em Organ Tissue

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.

Transferência para a frente induzida por laser para Flip-chip Embalagem de matrizes de solteiro

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.

De luz visível redução induzida de óxido de grafeno Usando nanopartículas plasmonic

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.

Simulação de vibrações induzidas por humanos com base no comportamento do pedestre no campo Caracterizada

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.

Transferência Atacante induzida por laser de Ag Nanopasta

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.

Fabricação de 1-D cristal fotônico cavidade em um nanofibras com ablação induzida por laser femtosegundo

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.

Preparação das redes de cristal líquido para macroscópica movimento oscilatório induzido pela luz

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.

Procedimentos de fabricação e medições de birrefringência por projetar Lanthanide magneticamente responsivo Ion quelantes Phospholipid assembleias

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.

Força de Coriolis desacopladas e efeitos de flutuabilidade rotativa em campo-total de calor transferir Propriedades de um canal de rotação

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