Name: laboratory drop towers for the experimental simulation of dust-aggregate collisions in the early solar system
Uploaded: 2014-06-05T13:00:00
Duration: 9 min 44 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System at JoVE.com

The authors thank the Deutsches Zentrum f&#252;r Luft- und Raumfahrt (DLR), the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), and the TU Braunschweig for continual support of our laboratory activities. The low-velocity drop tower has been established under DLR grant 50WM0936, the high-velocity drop tower has been developed under DFG grant INST 186/959-1 as part of the CRC 963 &#8220;Astrophysical Flow Instabilities and Turbulence&#8221;.

<ol>
	<li>Blum, J., Wurm, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Growth+Mechanisms+of+Macroscopic+Bodies+in+Protoplanetary+Disks.">The Growth Mechanisms of Macroscopic Bodies in Protoplanetary Disks.</a> Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 46, 21-56 (2008).</li><li>Johansen, A., Blum, J., Tanaka, H., Ormel, C. W., Bizzarro, M., Rickman, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Multifaceted+Planetesimal+Formation+Process.">The Multifaceted Planetesimal Formation Process.</a> Protostars &amp; Planets VI. University of Arizona Space Science Series. , (2014).</li><li>Blum, J., Zsom, A., Ormel, C. W., Dullemond, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+outcome+of+protoplanetary+dust+growth:+pebbles,+boulders,+or+planetesimals?+I.+Mapping+the+zoo+of+laboratory+collision+experiments.">The outcome of protoplanetary dust growth: pebbles, boulders, or planetesimals? I. Mapping the zoo of laboratory collision experiments.</a> Astronomy and Astrophysics. 513, (2010).</li><li>Zsom, A., Ormel, C. W., G&#252;ttler, C., Blum, J., Dullemond, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+outcome+of+protoplanetary+dust+growth:+pebbles,+boulders,+or+planetesimals?+II.+Introducing+the+bouncing+barrier.">The outcome of protoplanetary dust growth: pebbles, boulders, or planetesimals? II. Introducing the bouncing barrier.</a> Astronomy and Astrophysics. 513, (2010).</li><li>Testi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust+Evolution+in+Protoplanetary+Disks.">Dust Evolution in Protoplanetary Disks.</a> Protostars &amp; Planets VI. University of Arizona Space Science Series. , (2014).</li><li>Youdin, A. N., Goodman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Streaming+Instabilities+in+Protoplanetary+Disks.">Streaming Instabilities in Protoplanetary Disks.</a> The Astrophysical Journal. 620, 459-469 (2005).</li><li>Johansen, A., Youdin, A. N., Klahr, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Clumping+and+Planetesimal+Formation+Depend+Strongly+on+Metallicity.">Particle Clumping and Planetesimal Formation Depend Strongly on Metallicity.</a> The Astrophysical Journal Letters. 704, (2009).</li><li>Bai, X. N., Stone, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+Solids+in+the+Midplane+of+Protoplanetary+Disks:+Implications+for+Planetesimal+Formation.">Dynamics of Solids in the Midplane of Protoplanetary Disks: Implications for Planetesimal Formation.</a> The Astrophysical Journal. 722, 1437-1459 (2010).</li><li>Windmark, F., Birnstiel, T., G&#252;ttler, C., Blum, J., Dullemond, C. P., Henning, T. h. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Planetesimal+formation+by+sweep-up:+How+the+bouncing+barrier+can+be+beneficial+to+growth.">Planetesimal formation by sweep-up: How the bouncing barrier can be beneficial to growth.</a> Astronomy and Astrophysics. 540, (2012).</li><li>Windmark, F., Birnstiel, T., Ormel, C. W., Dullemond, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breaking+through:+The+effects+of+a+velocity+distribution+on+barriers+to+dust+growth.">Breaking through: The effects of a velocity distribution on barriers to dust growth.</a> Astronomy and Astrophysics. , 544 (2012).</li><li>Garaud, P., Meru, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Dust+to+Planetesimals:+An+Improved+Model+for+Collisional+Growth+in+Protoplanetary+Disks.">From Dust to Planetesimals: An Improved Model for Collisional Growth in Protoplanetary Disks.</a> The Astrophysical Journal. 764, 146 (2013).</li><li>Schr&#228;pler, R., Blum, J., Seizinger, A., Kley, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physics+of+protoplanetesimal+dust+agglomerates.+VII.+The+low-velocity+collision+behavior+of+large+dust+agglomerates.">The physics of protoplanetesimal dust agglomerates. VII. The low-velocity collision behavior of large dust agglomerates.</a> The Astrophysical Journal. 758, 35 (2012).</li><li>Beitz, E., G&#252;ttler, C., Blum, J., Meisner, T., Teiser, J., Wurm, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-velocity+collisions+of+centimeter-sized+dust+aggregates.">Low-velocity collisions of centimeter-sized dust aggregates.</a> The Astrophysical Journal. 736, 34 (2011).</li><li>Beitz, E., Blum, J., Mathieu, R., Pack, A., Hezel, D. C. <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+the+nebular+formation+of+chondrule+rims+and+the+formation+of+chondrite+parent+bodies.">Experimental investigation of the nebular formation of chondrule rims and the formation of chondrite parent bodies.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 116, 41-51 (2013).</li><li>Jankowski, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crossing+barriers+in+planetesimal+formation:+The+growth+of+mm-dust+aggregates+with+large+constituent+grains.">Crossing barriers in planetesimal formation: The growth of mm-dust aggregates with large constituent grains.</a> Astronomy and Astrophysics. 542, (2012).</li><li>Gundlach, B., Kilias, S., Beitz, E., Blum, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micrometer-sized+ice+particles+for+planetary-science+experiments+-+I.+Preparation,+critical+rolling+friction+force,+and+specific+surface+energy.">Micrometer-sized ice particles for planetary-science experiments - I. Preparation, critical rolling friction force, and specific surface energy.</a> Icarus. 214, 717-723 (2011).</li></ol>

We have nothing to disclose.

בשל הדיוק המכני הגבוה, שיעור הכישלון של שני מגדלי הירידה הוא נמוך ביותר. זה הוא בעל חשיבות עליונה, כי הכנת המדגם עשויה להימשך עד מספר שעות, תלוי בגודל, צורה ונקבובית של אגרגטים אבק הרצויים. יש לציין כי אגרגטים אבק גדולים עם porosities גבוה מאוד הם שבירים מאוד, ולכן קשה להתמודד. זה עלול להתרחש כי אגרגטים אבק אלה לשבור במהלך חילוץ מהעובש או ההעברה למגדל הטיפה. במקרים אלה, מדגם חדש צריך להיות מוכן. לפיכך, חשוב שמגדל הטיפה הקטן מאפשר מהירויות התנגשות אמינות (וצפויות) עד 0.01 מ &#39;/ השני 11,13. מהירות ההשפעה הנמוכה ביותר שהושגה עד כה הייתה 0.004 מ &#39;/ שנייה. ניתן להגיע למהירויות השפעה קטנות אלה רק עבור חלקיקים חופשיים בתנאי כבידה זעיר. מגדל טיפת המעבדה הוא מימוש זול ותכליתי של מתקן כזה כבידה. משתניש שיטות להשגת מהירויות השפעה נמוכות עושות שימוש בטכניקות ריחוף 14,15 (למשל על ידי ריחוף אלקטרומגנטית או אווירודינמי) אבל בדרך כלל לגרום לכוח בין החלקיקים מתנגשים, אשר יש לקחת בחשבון בניתוח של ההתנגשויות. יתר על כן, לעתים קרובות גורם לריחוף תנועה סיבובית 14, אשר, אם לא רצוי, לא מאפשרת התנגשויות ללא רוטציה, אבל, מצד שני, אולי אפילו לאפשר סימולציות מציאותיות של התנגשויות בין חלקיקים מסתובבים. במקרה של ריחוף אווירודינמי, אפקטי כרית האוויר במהלך ההתנגשות עלולים לגרום לתנאים לא רצויים שאינו תואמים את אלה בדיסקי protoplanetary. עם זאת, ריחוף מאפשר לזמן תצפית בלתי מוגבל וניסויים לשחזור, כך שיש לו כדי להיחשב חלופה למגדל הטיפה אם הגבלת הזמן היא חיונית. כל המאמצים שלנו עד כה התרכזו בSiO 2 כנציג של סיליקטים בr היווצרות היבשתי-כדור הארץegion של מערכות שמש צעירות. כפי שרוב המסה של דיסקי protoplanetary מרוכז מעבר לנקודה של קרח מים העיבוי, זה חיוני גם כדי ללמוד את התנגשות ההתנהגות של אגרגטים בהיקף של 2 O-קרח הדגנים H מיקרומטר בגודל. בימים אלה אנו מקימים מגדל טיפת cryo-ואקום למטרה זו. יש לציין, כי הטמפרטורות בניסויי סימולציה כזו חייבת להיות מתחת ~ 150 K, המהווה את הטמפרטורה של מה שנקרא &quot;קו השלג&quot; בדיסקי protoplanetary (&quot;קו השלג&quot; מחלק האזורים הפנימיים שבו מים הוא באדים שלב מהאזורים החיצוניים שבו הוא נמצא כקרח מים מוצק). הראנו כי היווצרות קרח המים חלקיקי מיקרומטר בגודל אינה ריאלי וכי אגרגטים ניתן לייצר 16 כך שאנחנו אופטימיים יש תוצאות הראשונות על התנגשות ההתנהגות שלהם בתוך 1-2 השנים הבאות.

הדעה מקובלת היא שההיווצרות כוכבית לכת מתחילה עם ההצטברות הלא הכבידה של גרגירי אבק קטנים מיקרוסקופי לתוך אגרגטים אבק גדולים יותר (ראה סקירה על ידי בלום וורם) 1. חלקיקי האבק מתנגשים בתוך דיסקי protoplanetary בשל תנועה הבראונית, תנועות סחיפה היחסית, ומערבולת של הגז הערפילי (ראה סקירה על ידי יוהנסן ואח&#39;.) 2. אם מהירויות ההתנגשות הן נמוכות מספיק, חלקיקי אבק המקל יחד כדי ליצור agglomerates הגדול יותר. שפע של מדידות במעבדה בשנים האחרונות הוביל למודל התנגשות אבק מצטבר שמנבא את התוצאה של זוג אגרגטים אבק עם המונים שרירותיים ומהירויות התנגשות 3. תוצאות collisional הבסיסיות דבקות (באופן כללי להמונים המצרפי קטנים ומהירויות התנגשות נמוכות), מקפצים, ופיצול (למהירויות גבוהות השפעה). עם זאת, המעברים בין השלבים אלה אינם חדים ויש אחריםתוצאות, כמו, למשל העברת מסה או שחיקה. החלת מודל זה לדיסק protoplanetary טיפוסי צופה הצמיחה של אגרגטים אבק סנטימטר בגודל תוך כמה אלף שנים 4. הנוכחות של אגרגטים אבק סנטימטר בגודל נחקרה בהרחבה על ידי תצפיות אסטרונומיות בשנים האחרונות ועכשיו יכולה להיחשב כפי שנקבעה (ראה סקירה על ידי טסטי et al.) 5, כך שאנו מגיעים למסקנה כי מנגנון העיקרון לפיו גוף מאקרוסקופי הראשון במערכות שמש צעירות טופס זוהה. עם זאת, הצמיחה נוספת לגופם של לפחות גדלי קילומטר היא לא כל כך ברורה. לאזור היבשתי, כדור הארץ, שתי השערות נדונות כיום (ראה גם הסקירות האחרונות בנושא זה על ידי יוהנסן ואח&#39; 2 וטסטי ואח&#39; 5..): הריכוז (i) של מצרפי אבק ס&quot;מ בגודל על ידי, לדוגמא חוסר יציבות הזרמת 6 וGravit הבאקריסת ational 7,8 וכן (ii) צמיחה של כמה &quot;זוכים מאושרים&quot; לגדלים גדולים יותר עם ​​הצטברות המונית לאחר מכן על ידי תהליך ההעברה המוני 9,10,11. בשני המודלים, אגרגטים אבק סנטימטר בגודל לעבור מספר עצום של התנגשויות הדדיות במהירויות נמוכות לבינוניות. לא ברור מה התוצאות אפשריות של התנגשויות אלה (מלבד הקפצה) הן. כדי לשפר את מודל התנגשות האבק מצטבר על ידי Güttler et al. 3 ולחקור בפירוט רב יותר התנגשויות בין אגרגטים אבק מקרוסקופית במשטרים מהירות הרלוונטיים, הקמנו שני מגדלי ירידה במעבדה שלנו, שבו התנגשויות המצרפי-המצרפי אדם יכולים יילמד בפירוט רב בתנאי ואקום וביד. שני מגדלי הירידה ברשות גובה נפילה חופשית של 1.5 מ &#39;, אשר מגביל את זמן תצפית ל~ שניות 0.5. לפיכך, אנו צופים התנגשויות על ידי מצלמות במהירות גבוהה עם פורמט מגה פיקסל ועד 7,500 פריימים לשניה.לניגוד מרבי ומהירויות הקלטה גבוהות, תאורה בהירה שדה נבחרה. תאורה מסופקת ובכך על ידי פנלי LED בעוצמה גבוהה והומוגני ידי מסכי מפזר. לפיכך, מצלמות מהירות גבוהה להציג את האבק מתנגש אגרגטים אובייקטים כהים כמו מול מסך מואר. כדי להימנע מהבהובים, הנוריות DC מופעל. כדי להשיג מהירויות התנגשות נמוכות, שני אגרגטים האבק ממוקמים מעל אחד אחר במנגנון שחרור כפול. שחרור הצבירה העליונה זמן של t לפני אחד התוצאות נמוכות יותר במהירות היחסית של v = GT, עם G = 9.81 מ &#39;/ שנייה 2 להיות תאוצת הכבידה של כדור הארץ. שתי מצלמות במהירות גבוהה, אשר רואות בהתנגשות משני כיוונים 90 מלבד °, משתחררות בבדרך כלל בין שני אגרגטים האבק (בדרך כלל t / 2 אחרי החלקיק העליון). המצלמות תפעלנה במצב רציף הקלטה, שהוא הופסק על ידי ההשפעה של המצלמההמחזיקים לתוך דליי חול. במסגרת השיעור המרבית במצב תפעולי זה הוא 1,000 תמונות בשניה ברזולוציה של מגה פיקסל. עם ההגדרה הזאת, מהירויות עד מתחת 0.01 מ &#39;/ שנייה היה להשיג. בשל מגבלות של ההתקנה מכאנית של מנגנון השחרור הכפול, מהירות ההתנגשות היחסית המרבית היא ~ 3 מ &#39;/ שנייה. התנגשויות מעורבים אגרגטים אבק עם עד 5 ס&quot;מ בגודל נחקרו במגדל ירידה זו. עבור מהירויות התנגשות גבוהות יותר עד ~ 10 מ &#39;/ שנייה, מגדל טיפה שני משמש, אשר מצויד במאיץ אלקטרומגנטית כי הוא מסוגל להאיץ בצורה חלקה אבק מצרפים של עד 5 מ&#39; / שנייה בכיוון מעלה אנכי. הצבירה האבק אחרת מוחזקת על ידי מנגנון שחרור מלכודת דלת כפולה כנף ויכולה להשתחרר ללא רוטציה לצניחה חופשית בכל זמן נתון. כאן, זה לא הגיוני להשתמש במצלמות של צניחה חופשיות. אנחנו מעדיפים להשתמש בשתי מצלמות נייחות במהירות גבוהה של עד 7,500 פריימים לשניה ברזולוציה מגה פיקסל. בשל diamet הגדול יותראה של מגדל ירידה זו, אבק צובר עד (ואולי גם לעיל) יכול לשמש 10 ס&quot;מ בגודל.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Monodisperse SiO2 particles</td>
			<td style="width:71px;">Micromod</td>
			<td style="width:119px;">43-00-153</td>
			<td style="width:167px;">Particle diameter 1.52 &#177; 0.06 &#181;m; particle shape spherical</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Polydisperse SiO2 particles</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S5631</td>
			<td>Particle diameter 0.1 &#8211; 10 &#181;m; particle shape irregular</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

laboratory drop towers for the experimental simulation of dust-aggregate collisions in the early solar system

לצורך חקירת האבולוציה של אגרגטים אבק במערכת השמש המוקדמת, פיתחנו שני מגדלי טיפת ואקום שבו אגרגטים אבק שבריריים עם גדלים של עד ~ ניתן התנגשו 10 סנטימטר וporosities עד 70%. אחד מגדלי הטיפה משמש בעיקר למהירויות השפעה נמוכות מאוד עד מתחת 0.01 מ &#39;/ שנייה ועושה שימוש במנגנון שחרור כפול. התנגשויות נרשמות בסטריאו תצוגה על ידי שתי מצלמות במהירות גבוהה, אשר נופלות לאורך צינור ואקום זכוכית במסגרת המרכז של המסה של שני מצרפי האבק. מגדל הנפילה חופשית האחר עושה שימוש במאיץ האלקטרומגנטי, כי הוא מסוגל בעדינות האצת אגרגטים אבק לעד 5 מ &#39;/ שנייה. בשילוב עם שחרורו של צבירה אבק אחרת לנפילה חופשית, התנגשות במהירויות של עד ~ 10 מ &#39;/ שנייה יכול להיות מושגת. הנה, שתי מצלמות קבועות במהירות גבוהה להקליט את אירועי ההתנגשות. בשני מגדלי הטיפה, אגרגטים האבק נמצאים בנפילה חופשית בזמן ההתנגשות, כך שהם חסרי משקל ולהתאים אתתנאים במערכת השמש המוקדמת.

שימוש בדגימות האבק מצטבר מאופיינות היטב שתוארו בפרוטוקול (ראה איורים 1-3), כל התנגשות נצפתה באחד ממגדלי טיפת המעבדה תניב מידע מדעי רב ערך על תוצאותיהן של התנגשויות דומות בדיסקי protoplanetary. יש לנו עד כה באופן שיטתי חקרנו את תוצאות ההתנגשות של 2 ס&quot;מ בגודל אגרגטים אבק כדוריים (עם נפח מילוי של גורמי 0.5) בטווח המהירות בין 0.008 ו2.02 מ &#39;/ שנייה 13 ושל 5 סנטימטר אגרגטים אבק גליליים בגודל (עם נפח מילוי גורמים בין 0.3 ו0.5) בטווח המהירות בין 0.004 ו2 מ &#39;/ שנייה 12. מצאנו מקפץ בין אגרגטים האבק כתוצאה הבולט עבור מהירויות מתחת ~ 0.4 מ &#39;/ שנייה עבור שני הסוגים של אגרגטים אבק (ראה סרט 6 לדוגמא). באיור 4, המקדם של השבת ההתנגשויות המקפצות האלה מוצג. העיגולים מציינים את הניסויים עם 2דגימות סנטימטר בגודל כדוריות 13 ומשולשים מייצגים תוצאות מהתנגשויות בין 5 סנטימטר צילינדרי אבק בגודל עם שתי אריזות שונות צפיפויות 12. למרות שהמקדמים של השבת של ניסויים בודדים מתפזרים באופן נרחב, הערך הממוצע של מקדם השבת יורד עם מהירות התנגשות גוברת. שני אגרגטים האבק בדרך כלל לפצל בעת פגיעה למהירויות מעל ~ 1 מ &#39;/ שנייה (ראה סרט 7 לדוגמא). עבור מהירויות בין ~ 0.4 ו ~ 1 מ &#39;/ שנייה, פיצול של רק אחד משני מצרפי האבק מתנגשים יכול להתרחש. במקרה זה, הצבירה האבק שאינו הפיצול זוכה כמה אחוזים מהמסה באמצעות העברה המונית 13. גבולות המהירות הנ&quot;ל אינם חדים אלא נסמן כ בו הגבולות בין המשטרים השונים לשקר 2,11. להתנגשויות בין אגרגטים אבק בגדלים שונים ובמהירויות מתונות, משפיע בדרך כלל לא יוביל t<html> o הפיצול הגדול יותר של שני מצרפי האבק. על ההפך, הגופים גדולים יותר להגדיל את המסה שלהם על ידי העברת חלק מהמסה של אימפקטורים הקטנים יותר (ראה סרט 8). למקרים, שבו שני אגרגטים האבק להקפיץ את אחד את השני, ההעברה מהאנרגיה הקינטית translational לפני ההתנגשות (אכפת שאגרגטים האבק לא לסובב לפני ההתנגשות) לאנרגיה קינטית translational, אנרגיה הקינטית סיבובית, ואחרים ( מפזר) ערוצי אנרגיה (למשל דחיסה של אגרגטים האבק) ניתן לקבוע. מצאנו כי להתנגשויות מרכזיות (שבו יכולה להיות מוזנחת האנרגיה הסיבובית) את הכמות היחסית של אנרגיה התפוגגה מאוד עולה עם מהירות גוברת, והוא גבוה יותר לגורמי מילוי נפח נמוכים יותר של אבק אגרגטים 12. התנהגות זו יכולה להיות מודל על ידי סימולציות מולקולרית דינמיקה 12. ttps :/ / www.jove.com/files/ftp_upload/51541/string_trapdoor.MP4 &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; סרט 1. סרט מהיר (שיחק בחזרה בהילוך איטי) של (חלקיק-on-a-מחרוזת למעלה) ומנגנון מלכודת דלת שחרור (תחתון). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/mold_cluster_cluster.MP4" target="_blank">סרט 2.</a> סרט מהיר (שיחק בחזרה בהילוך איטי) של מנגנון שחרור מלכודת דלת הכפול. שני דוגמאות הן גושים של Al 2 O 3 חלקיקים של 2 מ&quot;מ קוטר, שיישארו מוגבל בזמן נפילה חופשית עקב ההפרעה הנמוכה מאוד במהלך שחרור. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/scissor.MP4" target="_blank">סרט 3.</a> סרט מהיר (שיחק בחזרה בהילוך איטי) של מנגנון שחרור כפול מספריים מהסוג. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/dw-trapdoor.MP4" target="_blank">סרט</a>4. סרט מהיר (שיחק בחזרה בהילוך איטי) של מנגנון שחרור מלכודת הדלת הכפולה כנף. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/trigger.wmv" target="_blank">סרט 5.</a> אנימציה של האלקטרוניקה טיימר מיתוג מנגנון השחרור העליון ותחתון, כמו גם את שחרור המצלמה לנפילה חופשית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/9ms_2.MP4" target="_blank">סרט 6.</a> סרט מהיר (שיחק בחזרה בהילוך איטי) של התנגשות מקפצת בין שני 5 צילינדרי אבק מצטבר סנטימטר בגודל. שני אגרגטים האבק שפורסמו על ידי מנגנון שחרור כפול מספריים מהסוג ומתנגשים עם 0.09 מהירות מ &#39;/ שנייה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/fragmentation.MP4" target="_blank">סרט 7.</a> סרט מהיר (שיחק בחזרה בהילוך איטי) של שני 2 ס&quot;מ בגודל אגרגטים אבק גליליים colliding במהירות יחסי של 7.4 מ &#39;/ שנייה. שני אגרגטים לפצל לחלוטין. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/mass-transfer.MP4" target="_blank">סרט 8.</a> סרט מהיר (שיחק בחזרה בהילוך איטי) של צבירה 5 אבק מ&quot;מ בגודל משפיעה יעד מוצק גלילי 5 ס&quot;מ בגודל. כמו מהירות ההשפעה של 4.3 מ &#39;/ שנייה היא מעל מהירות הפיצול של הצבירה האבק הקטנה, זה מתפרק ומעביר חלק מהמסה שלו ליעד, שנראה בבירור בסרט. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51541/tracking_new.mov" target="_blank">סרט 9.</a> קביעת מסלולי חלקיקים על ידי אלגוריתם חלקיקי מעקב אוטומטי למחצה. הנה, את ההתנגשות בין שני 2 אגרגטים אבק כדוריים סנטימטר בגודל מוצגת.

Watch this Scientific Journal Video about Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System at JoVE.com

Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

אנו מציגים טכניקה כדי להשיג מהירות נמוכה לבינונית מהירות התנגשויות בין אגרגטים אבק שבירים במעבדה. לצורך כך, שני setups ירידת מגדל הוואקום פותחו המאפשרים מהירויות התנגשות בין &lt;0.01 ו~ 10 מ &#39;/ שנייה. אירועי ההתנגשות שנרשמו על ידי הדמיה במהירות גבוהה.

מעבדה בגלילה מגדלים לסימולציה הניסויית של התנגשויות אבק-המצרפי במערכת השמש המוקדמת

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Kinetics of a Particle: Impulse and Momentum

SCIENTISTS IN ACTION

Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

קצירת אנרגיה סולארית באמצעות תשלום פרדת Nanocrystals והמוצק שלהם

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials ...

Simulation of the Planetary Interior Differentiation Processes in the Laboratory

סימולציה של פלנטריים הפנים בידול תהליכים במעבדה

A planetary interior is under high-pressure and high-temperature conditions and it has a layered structure. There are two important processes that led to ...

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

באמצעות נויטרונים ספין הד נפתרה שכיחות מרעה פיזור לחקור חומרים אורגניים תאים סולאריים

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

טכניקת הדמיה מהירה ללמוד טיפת השפעת דינמיקה של נוזלים ללא הניוטונית

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

שילוב מערכת Up-המרת שלישיית שלישיית השמדה כדי לשפר רגיש-Dye תגובת תאי שמש לאור תת bandgap

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

שיטת אמביינט לייצור ionically המגודר פחמן Nanotube הנפוץ קטודה בתאים סולריים האורגנית טנדם

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

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

סימולציה של Vibrations אדם הנגרם על סמך התנהגות הולכי רגל השדה המאופיין

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

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

חד ערכי חילוף קטיונים סימום של CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; עבור תאים סולריים יעילים perovskite

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

Electropinning של אלקטרודות photatalalytic עבור תאים סולריים רגישים צבען

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

בחיי עיר פיקוח על הפגיעה בביצועים מואצת של תאים סולריים מודולים: חקר מקרה של תאים סולריים2 Se Cu (ב, Ga)

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...