चायदानी प्रभाव

चायदानी प्रभाव, जिसे ड्रिब्लिंग के रूप में भी जाना जाता है। इस प्रकार द्रव गतिकी घटना है जो तब होती है जब कंटेनर से डाला जा रहा तरल चाप में बहने के अतिरिक्त टोंटी या पोत के शरीर से नीचे चला जाता है।

मार्कस रेनर ने सन्न 1956 में चायदानी प्रभाव शब्द बनाया था, जो तरल पदार्थ डालने के समय बर्तन के किनारे से टपकने की प्रवृत्ति का वर्णन करता है। इस प्रकार रेनर ने सन्न 1913 में टीयू वीन में अपनी पीएचडी प्राप्त की और रियोलॉजी के रूप में ज्ञात प्रवाह व्यवहार के अध्ययन के विकास में महत्वपूर्ण योगदान दिया था। सामान्यतः रेनर का मानना ​​था कि चायदानी के प्रभाव को बर्नौली के सिद्धांत द्वारा समझाया जा सकता है, जिसमें कहा गया है कि द्रव की गति में वृद्धि हमेशा इसके दबाव में कमी के साथ होती है। इस प्रकार जब चाय को चायदानी से डाला जाता है, तब तरल की गति बढ़ जाती है जिससे कि यह संकीर्ण टोंटी के माध्यम से बहती है और रेनर ने यह सोचा था कि दबाव में यह कमी तरल को बर्तन के किनारे नीचे गिराने का कारण बनती है। चूँकि, सन्न 2021 के अध्ययन में इस घटना का प्राथमिक कारण जड़ता और केशिका क्रिया की परस्पर क्रिया में पाया गया है। अर्थात् अध्ययन में यह पाया गया है कि कंटेनर की दीवार और तरल सतह के मध्य का कोण जितना छोटा होता है, चायदानी का प्रभाव उतना ही धीमा होता है।

अनुसंधान

सन्न 1950 के आसपास, हाइफ़ा (इज़राइल) में तकनीशियन संस्थान और न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इस प्रभाव को वैज्ञानिक रूप से समझाने की कोशिश की थी। वास्तव में, दो घटनाएं हैं जो इस प्रभाव में योगदान करती हैं और इसे समझाने के लिए बर्नौली समीकरण का उपयोग किया जाता है, दूसरी ओर तरल और टोंटी सामग्री के मध्य आसंजन भी महत्वपूर्ण होता है।

बरनौली की व्याख्या के अनुसार, बाहर डालते समय टोंटी के आंतरिक किनारे पर तरल को दबाया जाता है, जिससे कि अंत किनारे पर दबाव की स्थिति में अधिक परिवर्तन होता है। इस प्रकार आसपास का वायु दाब तरल को टोंटी की ओर धकेलता है। अतः उपयुक्त पॉट ज्योमेट्री (या पर्याप्त उच्च डालने की गति) की सहायता से यह टाला जा सकता है कि तरल टोंटी तक पहुँचता है और इस प्रकार चायदानी के प्रभाव को ट्रिगर करता है। सामान्यतः जलगतिकी के नियम (प्रवाह सिद्धांत) इस स्थिति का वर्णन करते हैं, अतः प्रासंगिक लोगों को निम्नलिखित खंडों में समझाया गया है।

चूंकि यह आसंजन भी भूमिका निभाता है और टोंटी की सामग्री या तरल के प्रकार (जल, शराब या तेल, उदाहरण के लिए) भी चायदानी प्रभाव की घटना के लिए प्रासंगिक होता है।

कोंडा प्रभाव का कभी-कभी इस संदर्भ में उल्लेख किया जाता है, किन्तु यह संभवतः ही कभी वैज्ञानिक साहित्य में उद्धृत किया गया है और इसलिए ठीक से परिभाषित नहीं किया गया है। अतः प्रत्येक बार इसमें अनेक भिन्न-भिन्न घटनाएँ मिली-जुली लगती हैं।

निरंतरता समीकरण

जलगतिकी में प्रवाहित द्रवों के व्यवहार को प्रवाह रेखाओं द्वारा चित्रित किया जाता है। वह उसी दिशा में चलते हैं जिस दिशा में स्वयं प्रवाह होता है। यदि बहता हुआ तरल किनारे से टकराता है, तब प्रवाह छोटे अनुप्रस्थ काट में संकुचित हो जाता है। यह केवल तभी नहीं टूटता है, जब तरल कणों की प्रवाह दर स्थिर रहती है, यदि काल्पनिक अनुप्रस्थ काट (प्रवाह के लंबवत) पर स्थित होता है। तबी अनुप्रस्थ काट क्षेत्र के माध्यम से द्रव्यमान की उतनी ही मात्रा प्रवाहित होती है, जितनी दूसरे से प्रवाहित होती है। इस प्रकार कोई अब इससे निष्कर्ष निकाल सकता है, किन्तु वास्तविकता में यह भी देख सकता है कि प्रवाह बाधाओं पर तेज हो जाता है और स्ट्रीमलाइन बंडल हो जाती है। यह स्थिति अशांत प्रवाह के लिए निरंतरता समीकरण का वर्णन करती है।

बरनौली समीकरण

किन्तु यदि आप प्रवाह की गति को परिवर्तित करती हैं तब प्रवाह में दबाव की स्थिति का क्या होता है? वैज्ञानिक डेनियल बर्नोली ने 18वीं सदी की प्रारंभ में ही इस प्रश्न का उत्तर दिया था। इस प्रकार ऊपर वर्णित निरंतरता के विचारों के आधार पर, उन्होंने दबाव और गति की दो मात्राओं को जोड़ा है। सामान्यतः बर्नौली समीकरण का मुख्य कथन यह है कि तरल में दबाव गिरता है जहां वेग बढ़ता है (और इसके विपरीत) बर्नौली और वेंचुरी के अनुसार प्रवाह करता है।

प्रभाव

कैन टोंटी के किनारे पर प्रवाह में दबाव कम हो जाता है। चूँकि, प्रवाह के बाहर वायु का दबाव प्रत्येक स्थान समान होता है, इसलिए दबाव में अंतर होता है जो तरल को किनारे की ओर धकेलता है। इस प्रकार प्रयुक्त सामग्री के आधार पर, टोंटी के बाहर अब प्रवाह प्रक्रिया के समय गीला हो जाता है। इस बिंदु पर, अतिरिक्त उक्‍त तलों के मध्य बल उत्पन्न होते हैं। अतः तरल टोंटी के साथ संकीर्ण धारा के रूप में चलता है और जब तक यह नीचे से भिन्न नहीं हो जाता है।

अवांछित चायदानी प्रभाव केवल धीरे-धीरे और सावधानी से डालने पर होता है। तेजी से डालने पर, टोंटी से बिना टपके चाप में तरल बहता है, इसलिए इसे अपेक्षाकृत उच्च वेग दिया जाता है जिसके साथ तरल किनारे से दूर चला जाता है (इवेंजलिस्ता टोरिकेली बहिर्वाह वेग देखें)। इस प्रकार बर्नौली समीकरण से उत्पन्न दबाव अंतर प्रवाह को इस सीमा तक प्रभावित करने के लिए पर्याप्त नहीं होता है कि तरल टोंटी के किनारे के चारों ओर धकेल दिया जाता है।

चूंकि प्रवाह की स्थिति को गणितीय रूप से वर्णित किया जा सकता है, महत्वपूर्ण बहिर्वाह वेग भी परिभाषित किया गया है। यदि यह नीचे गिरता है, तब तरल बर्तन में बह जाता है, यह टपकता है। सैद्धांतिक रूप से, इस गति की गणना विशिष्ट कैन ज्यामिति, वर्तमान वायु दबाव और कैन के भरण स्तर, टोंटी सामग्री, तरल की चिपचिपाहट और डालने के कोण के लिए की जा सकती है। चूंकि, भरण स्तर के अतिरिक्त, अधिकांश प्रभावशाली चरों को परिवर्तित नहीं किया जा सकता है (कम से कम अभ्यास में पर्याप्त रूप से त्रुटिहीन नहीं), चायदानी प्रभाव से बचने का एकमात्र विधि सामान्यतः बर्तन के लिए उपयुक्त ज्यामिति का चयन करना होता है।

अन्य घटना गैस अणुओं (जल जेट पंपिंग प्रभाव) के प्रवेश के कारण टोंटी और तरल के जेट के मध्य वायु के दबाव में कमी होती है, जिससे कि विपरीत दिशा में वायु का दबाव तरल टोंटी पक्ष के जेट को धक्का देता है। चूंकि, सामान्यतः चाय डालते समय प्रचलित परिस्थितियों में, यह प्रभाव संभवतः ही दिखाई देता है।

परिणाम

बर्तन के उदाहरण

अच्छे जग में, फैशन की परवाह किए बिना, आंसू-बंद किनारे (अर्थात् कोई गोल किनारा नहीं) के साथ टोंटी होती है, जिससे कि किनारे के चारों ओर दौड़ना अधिक कठिन होता है और भी महत्वपूर्ण - किनारे के पश्चात्, टोंटी को पहले ऊपर की ओर ले जाना चाहिए (इस बात की परवाह किए बिना कि जग किस स्थिति में है)। परिणाम स्वरुप, तरल डालने पर टोंटी के किनारे के चारों ओर जाने के पश्चात् तरल को ऊपर की ओर बहने के लिए मजबूर किया जाता है, किन्तु गुरुत्वाकर्षण द्वारा इसे रोका जाता है। इस प्रकार प्रवाह धीरे-धीरे डालने पर भी गीलापन का विरोध कर सकता है और तरल टोंटी के नीचे की ओर झुके हुए भाग और जग के शरीर तक नहीं पहुँचता है।

सामान्यतः दाईं ओर की छवि तीन जहाजों को खराब डालने वाले व्यवहार के साथ दिखाती देती है। यहां तक ​​कि क्षैतिज स्थिति में, जो मेज पर खड़ा है, स्पाउट्स के निचले किनारे ऊपर की ओर इशारा नहीं करते हैं। इस प्रकार पीछे विशेष प्रकार से गठित युक्तियों के परिणामस्वरूप अच्छी प्रवाह विशेषताओं वाले चार बर्तन होते हैं। यहाँ, टोंटी के निचले किनारे पर द्रव 45° से कम के कोण पर ऊपर उठता है। आंशिक रूप से, यह केवल तभी स्पष्ट हो जाता है जब कोई सामान्य अधिकतम भरण स्तर पर विचार करता है। उदाहरण के लिए, सबसे दाईं ओर का ग्लास कैफ़े, अपनी पतली गर्दन के कारण पहली नज़र में खराब पाउडर प्रतीत होता है। चूंकि, इस प्रकार के जहाजों को सामान्यतः फ्लास्क के गोल भाग के किनारे तक भरा जाता है, इसलिए क्षैतिज रूप से डालने पर गर्दन पर लाभप्रद वृद्धि प्राप्त होती है। इस प्रकार डालने पर तरल के लिए ऊपर की ओर कोण दाईं ओर दो निचले जग के साथ, टोंटी की उच्च स्थिति (अधिकतम भरने के स्तर से ऊपर) का तात्पर्य होता है कि डालने से पूर्व बर्तन को थोड़ा सा झुकाना पड़ता है, जिससे कि टोंटी को भी किनारे के पश्चात् सीधे ऊपर धकेला जा सकता है। ( गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध दर्शाता है।)

चायदानी के प्रभाव से बचने के लिए, बर्तन को कम भरा जा सकता है, जिससे कि प्रारंभ से ही बड़ा झुकाव कोण आवश्यक होता है। चूंकि, प्रभाव या आदर्श भरने का स्तर फिर से कैन की ज्यामिति पर निर्भर करता है।

चायदानी का प्रभाव बोतलों के साथ नहीं होता है, जिससे कि बोतल की पतली गर्दन डालने पर हमेशा ऊपर की ओर संकेत करती है। इसलिए धारा को अधिक ऊपर की ओर बहना होता है। इस प्रकार प्रयोगशाला में तरल रसायनों के लिए अधिकांशतः बोतल जैसे कंटेनरों का उपयोग किया जाता है। सामान्यतः टपकने से रोकने के लिए कुछ सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए कांच, जिसे सरलता से आकार दिया जा सकता है या यहां तक ​​​​कि सबसे तेज संभव किनारों को बनाने के लिए या टेफ्लॉन, उदाहरण के लिए, जो ऊपर वर्णित आसंजन प्रभाव को कम करता है।

यह भी देखें

• आसंजन
• कोंडा प्रभाव
• स्टाल (द्रव गतिकी)
• टोंटी (चायदानी)

अग्रिम पठन

• "Tropfenfangrinne an der Innenseite der Ausgussschnauze von Gefaessen, insbesondere Kannen fuer Kaffee, Tee usw." (in Deutsch). 1928. German patent DE457585C. Archived from the original on 2023-01-29. Retrieved 2023-01-29.
• "Non-drip spouts for coffee and like pots with a spout opening directed downwardly". 1938 [1936]. GB patent 477613. Archived from the original on 2023-01-29. Retrieved 2023-01-29., Alcock, Lindley & Bloore Ltd, https://web.archive.org/web/20230128230232/https://www.teaforum.org/viewtopic.php?t=1980, https://web.archive.org/web/20230128230443/https://cauldonceramics.com/products/re-engineered-ian-mcintyre-brown-betty-4-cup-teapot-with-infuser-in-rockingham-brown-by-cauldon-ceramics
• Sakowski, Christian (2023). "Melitta Kaffeekannen No. 301 u. 304, D.R.P. für 1 1/2 und 4 Tassen". Mein Sammlerportal & sampor.de (in Deutsch). Berlin, Germany. Archived from the original on 2023-01-29. Retrieved 2023-01-29. [3] (NB. Picture shows the anti-drip groove and pinhole underneath the spout of Melitta coffee pots (protected by D.R.P. patents) model No. 301 for 1½ cups and model No. 304 for 4 cups, presumably manufactured in the 1920s or 1930s.)
• Walker, Jearl Dalton (1984-10-01). "The troublesome teapot effect, or why a poured liquid clings to the container". Scientific American. Vol. 251, no. 10. pp. 144–152. (9 pages)
• Vanden‐Broeck, Jean-Marc; Keller, Joseph Bishop (1986-05-19) [1986-09-12]. "Pouring Flows". Physics of Fluids. 29 (12): 3958–3961. Bibcode:1986PhFl...29.3958V. doi:10.1063/1.865735. (4 pages)
• Vanden‐Broeck, Jean-Marc; Keller, Joseph Bishop (1989) [1988-06-27, 1988-09-19]. "Pouring flows with separation". Physics of Fluids A: Fluid Dynamics. 1 (1): 156–158. Bibcode:1989PhFlA...1..156V. doi:10.1063/1.857542. (3 pages)
• Kistler, Stephan F.; Scriven, Laurence Edward (1994-04-26) [1990-02-05, 1991-04-03]. "The teapot effect: sheet-forming flows with deflection, wetting and hysteresis". Journal of Fluid Mechanics. Cambridge University Press. 263: 19–62. Bibcode:1994JFM...263...19K. doi:10.1017/S0022112094004027. S2CID 123277240. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-28. [4] (44 pages)
• Träger, Susanne (1996). "Die nichttropfende Schnaupe". In Siemen, Wilhelm [in Deutsch] (ed.). In 80 Tassen um die Welt: Gastlichkeit und Porzellan - Ein Beitrag zur Geschichte des Porzellans für die Gastronomie vom Ende des 19. Jahrhunderts bis in Gegenwart. Schriften und Kataloge des Deutschen Porzellanmuseums (DPM) (in Deutsch). Vol. 46 (1 ed.). Hohenberg an der Eger, Germany: Deutsches Porzellanmuseum / Druckhaus Münch GmbH, Selb, Germany. p. 27. ISBN 3-927793-45-0. p. 27: Eine tropfende Schnaupe ist nicht nur bei den Kannen, die in der Gastronomie eingesetzt werden, ein Ärgernis. Was an funktionalen Mängeln im Haushaltsgebrauch noch toleriert werden kann, ist in der Gastronomie ein ernsthaftes Problem. Verschmutzte Tischtücher und vertropfte Untertassen sind kein Aushängeschild für ein gut geführtes Café. Nach dem Ausgiessen sollte keine Flüssigkeit mehr an der Außenwand der Kanne entlanglaufen und kein Tropfen an der Tülle hängen bleiben. Es gab einige absonderlich wirkende Versuche, Flüssigkeit am Ablaufen zu hindern. So sollten beispielsweise ablaufende Tropfen durch Rillen in der Kannenwandung aufgehalten werden. Bereits 1929 führte die Porzellanfabrik Weiden Gebr. Bauscher Kannen mit einer nichttropfenden Schnaupe ein. Infolge einer Bohrung durch den Ausguß und einer dünnen Rille auf der Innenseite der Tülle strömt die Flüssigkeit nach dem Aufrichten der Kanne durch Kapillarkraft zurück. Die Herstellung eines Tropfenfangs mit einer Bohrung ist heute produktionstechnisch zu aufwendig. Viele Versuche und Testreihen waren und sind nötig, um den idealen Neigungswinkel von Ausgüssen zu finden, damit die Flüssigkeit beim Aufrichten des Gefäßes ohne zu tropfen in die Schnaupe zurückläuft. (1+2+186+2 pages) (NB. The print run of this publication is limited to 1000 pieces.)
• Hesselberth, John (January–February 1997). "How to Make Drip-Free Spouts". Clay Times. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-29.
• "A groovy kind of pot". Sci/Tech. BBC News. 1998-12-08. Archived from the original on 2023-01-29. Retrieved 2023-01-29.
• Seißer, Peter [in Deutsch]; Zehentmeier, Sabine; Meyer, Rudolf; Siemen, Wilhelm [in Deutsch]; Symossek, Ronja (1999). "Sortimentumstellung". In Siemen, Wilhelm [in Deutsch] (ed.). "Mit der Zeit gehen" - 100 Jahre Porzellanfabrik Walküre (1899–1999) - Ein mittelständiges Industrieunternehmen im Wandel ["Going with the time" - 100th anniversary of porcelain manufacturer Walküre (1899–1999) - A medium-sized industrial company in transition]. Schriften und Kataloge des Deutschen Porzellanmuseums (DPM) (in Deutsch). Vol. 58 (1 ed.). Hohenberg an der Eger, Germany: Deutsches Porzellanmuseum. pp. 101–105 [105]. ISBN 3-927793-57-4. p. 105: […] Das Interesse der "Porzellanfabrik Walküre" richtete sich dabei weniger auf das schmucklose Erscheinungsbild eines Porzellangegenstandes, sondern vielmehr auf den wortwörtlich verstandenen funktionalen Nutzen. Ausdruck dieses Bestrebens ist neben der bereits zum Standard gewordenen Deckelhalterung nun auch die nichttropfende Schnaupe. Das Problem des Tropfens ist für den Gastronomiesektor aufgrund verschmutzter Tischdecken natürlich ein besonderes Ärgernis. Unzählige Testreihen bringen verschiedene Lösungen^[A] hervor, von denen die Rille in der Kannenwandung, wie sie das Geschirr der Porzellanfabrik Walküre aufweist, sich als zuverlässig erweist und dementsprechend patentiert wird. Der Stolz dieser Erfindung wird auch nach außen hin sichtbar, indem man den speziell damit versehenen Servicen ein P, wie Patent, hinzufügte. […] Werbeblatt, Gastronomiegeschirr, Kannenmodell 604P. "P" kennzeichnet die Patentierung für die nichttropfende Schnaupe. […] (1+195+1 pages) (NB. The print run of this publication is limited to 1000 pieces. The corresponding patent is D.R.P. 476417.)
• "Ig Nobel Prize Winners". Improbable Research. 2023 [2012, 1999]. Archived from the original on 2023-01-28. SPECIAL ANNOUNCEMENT: We are now, in 2012, correcting an error we made in the year 1999, when we failed to include one winner's name. We now correct that, awarding a share of the 1999 physics prize to Joseph Keller. Professor Keller is also a co-winner of the 2012 Ig Nobel physics prize, making him a two-time Ig Nobel winner. […] The corrected citation is:1999 PHYSICS PRIZE: Len Fisher [UK and Australia] for calculating the optimal way to dunk a biscuit, and Jean-Marc Vanden-Broeck [UK and Belgium] and Joseph Keller [USA], for calculating how to make a teapot spout that does not drip.
• Bolton, David (Fall 2007). "Functional Teapot Options & Rules of Thumb" (PDF). CLC Ceramics. Archived (PDF) from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-29. (2 pages)
• Dillon, Frank (2009-05-11). "The pot of gold - Design & Invention: It is a problem that has confounded scientists for generations". Department. Irish Times. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-29. {{cite news}}: |archive-date= / |archive-url= timestamp mismatch (help)
• "How to stop a teapot dribbling". Physics Today. American Institute of Physics. 2009-10-28. doi:10.1063/PT.5.023796. Archived from the original on 2023-01-29. Retrieved 2023-01-28 – via The Daily Telegraph.
• Duez, Cyril; Ybert, Christophe [at Wikidata]; Clanet, Christophe; Bocquet, Lydéric [in français] (2010-02-26) [2009-10-17]. "Wetting controls separation of inertial flows from solid surfaces". Physical Review Letters. American Physical Society. 104 (8): 084503. arXiv:0910.3306v1. Bibcode:2010PhRvL.104h4503D. doi:10.1103/PhysRevLett.104.084503. PMID 20366936. S2CID 118601911. 084503. Retrieved 2023-01-29. [5][6]
• Mugele, Frieder G. (2010). "Was tun wenn die Teekanne tropft? Benetzungseigenschaften auf mikroskopischer Skala bestimmen das makroskopische Strömungsverhalten". Brennpunkt. Physik Journal (in Deutsch). Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 9 (6): 18–19. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-28. (2 pages)
• Lossau, Norbert (2010-06-22). "Wie man tropfende Teekannen in den Griff bekommt". Wissenschaft. Die Welt (in Deutsch). Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-28.
• "Ever Wonder About the Teapot Effect?". Science World. ASTC Science World Society. 2015-10-18. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-28.
• Robert (2017-02-03). "Why Do Teapots Dribble?". Trivia. guernseyDonkey.com. Archived from the original on 2022-09-25. Retrieved 2023-01-28.
• Ouellette, Jennifer (2019-05-17). "I'm a little teapot — Dribble no more: Physics can help combat that pesky "teapot effect" - Dutch scientists devised a model to predict flow rate when dribbling will occur". Ars Technica. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2022-07-02. {{cite web}}: |archive-date= / |archive-url= timestamp mismatch (help)
• "Flüssigkeitenmechanik - Wiener Forscher erklärt, warum Tee aus der Kanne danebengeht - Wenn ein Flüssigkeitsstrahl nicht trifft, sondern am Behälter entlangfließt, heißt das Teekanneneffekt. Nun gibt es eine detaillierte Erklärung dafür". Der Standard (in Österreichisches Deutsch). Vienna, Austria: STANDARD Verlagsgesellschaft m.b.H. 2021-11-08. Retrieved 2023-01-28 – via Austria Presse Agentur.
• Mihai, Andrei (2021-12-01). "The maths behind the annoying teapot effect — and how to prevent it". SciLogs - Heidelberg Laureate Forum. Heidelberg, Germany: Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-28.
• Jones, David (2022). "Pours for thought? [The teapot effect: theory and practice]". Jones the Pots. Archived from the original on 2023-01-28. Retrieved 2023-01-28.
• https://feldlilie.wordpress.com/2012/01/19/physikfrage-12485521/
• https://www.stevenabbott.co.uk/practical-coatings/Teapot.php
• https://thiru.de/pages/teekanne-tropft
• https://www.kalkspatzforum.de/viewtopic.php?t=2417
• https://teehaus-bachfischer.de/tropfenfaenger-fuer-teekannen, https://sterntee.de/navi.php?a=15902 drop catcher