चीरियोस प्रभाव: Difference between revisions

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[[Image:Surface_tension_with_coins.JPG|thumb|300px|सिक्कों के साथ चीयरियोस प्रभाव का प्रदर्शन। प्रकाश प्रतिबिंब से सिक्कों के चारों ओर घुमावदार पानी की सतह का पता चलता है। कई सिक्के कप के नीचे तक धँसे हुए हैं, जिससे पता चलता है कि ये सिक्के सामान्यतः तैरते नहीं हैं।]][[द्रव यांत्रिकी]] में, चीयरियोस प्रभाव एक बोलचाल की भाषा में तैरती हुई वस्तुओं की घटना का नाम है जो या तो एक दूसरे को आकर्षित करती हैं या प्रतिकर्षित करती हैं। उदाहरण जो इस प्रभाव को अपना नाम देता है वह यह अवलोकन है कि नाश्ते के अनाज के टुकड़े (उदाहरण के लिए, चीयरियोस) एक कटोरे की सतह पर तैरते हुए एक साथ चिपकते हैं, या कटोरे के किनारे पर चिपकते दिखाई देते हैं।<ref>{{cite web | url=http://www.nbcnews.com/id/9425907 | title=वैज्ञानिकों ने 'चीयरियो प्रभाव' की व्याख्या की| work=NBC News | access-date=2006-08-28}}</ref>
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==विवरण==
==विवरण==


इसका प्रभाव छोटी वस्तुओं में देखा जाता है जो किसी तरल पदार्थ की सतह पर टिकी होती हैं। ऐसी वस्तुएँ दो प्रकार की होती हैं: ऐसी वस्तुएँ जो पर्याप्त रूप से [[उछाल|उत्प्लावनशील]] हों कि वे हमेशा सतह पर तैरती रहें (उदाहरण के लिए, दूध में चीयरियोस), और ऐसी वस्तुएँ जो इतनी भारी हों कि डुबाने पर डूब जाएँ, लेकिन इतनी भारी नहीं कि तरल के सतह तनाव को दूर कर सकें (उदाहरण के लिए, पानी पर स्टील पिन)। एक ही प्रकार की वस्तुएँ एक-दूसरे को आकर्षित करती दिखाई देंगी और विपरीत प्रकार की वस्तुएँ एक-दूसरे को विकर्षित करती हुई दिखाई देंगी।
यह प्रभाव उन छोटी वस्तुओं में देखा जाता है जो किसी तरल की सतह पर समर्थित होती हैं। ऐसी वस्तुएँ दो प्रकार की होती हैं: ऐसी वस्तुएँ जो पर्याप्त रूप से [[उछाल|उत्प्लावनशील]] हों कि वे सदैव सतह पर तैरती रहें (उदाहरण के लिए, दूध में चीरियोस), और ऐसी वस्तुएँ जो इतनी भारी हों कि डुबाने पर डूब जाएँ, लेकिन इतनी भारी नहीं कि तरल की सतह तनाव को दूर कर सकें (उदाहरण के लिए, जल पर स्टील की पिन)। एक ही प्रकार की वस्तुएँ एक-दूसरे को आकर्षित करती हुई प्रतीत होंगी और विपरीत प्रकार की वस्तुएँ एक-दूसरे को विकर्षित करती हुई प्रतीत होंगी।


इसके अलावा, वस्तुओं और कंटेनर की दीवार के बीच भी वही आकर्षक या प्रतिकारक प्रभाव देखा जा सकता है। एक बार फिर दो संभावनाएं हैं: तरल और कंटेनर दीवार के बीच का इंटरफ़ेस या तो अवतल या उत्तल मेनिस्कस है। अवतल मेनिस्कस के मामले में उत्प्लावन वस्तुएं आकर्षित होंगी और उत्तल के लिए विकर्षित होंगी। गैर-उछाल वाली तैरती वस्तुएं इसके विपरीत कार्य करेंगी।
इसके अतिरिक्त, वस्तुओं और पात्र की दीवार के बीच भी वही आकर्षक या प्रतिकारक प्रभाव देखा जा सकता है। फिर से, दो संभावनाएँ हैं: तरल और पात्र की दीवार के बीच का संपर्क या तो अवतल या उत्तल नवचंद्रक (मेनिस्कस) होगा। अवतल नवचंद्रक की स्थिति में उत्प्लावनशील वस्तुएँ आकर्षित होंगी और उत्तल नवचंद्रक की स्थिति में प्रतिकर्षित होंगी। गैर-उत्प्लावनशील वाली तैरती हुई वस्तुएँ उल्लिखित का प्रतिलोम प्रदर्शित करेंगी।


==स्पष्टीकरण==
==स्पष्टीकरण==


किसी तरल पदार्थ में सभी वस्तुएँ ऊर्ध्वाधर दिशा में दो विपरीत बलों का अनुभव करती हैं: गुरुत्वाकर्षण (वस्तु के द्रव्यमान द्वारा निर्धारित) और उछाल (द्रव के घनत्व और वस्तु द्वारा विस्थापित तरल की मात्रा द्वारा निर्धारित)यदि उत्प्लावन बल किसी वस्तु पर लगने वाले गुरुत्वाकर्षण बल से अधिक है, तो वह तरल के शीर्ष तक उठ जाएगा। दूसरी ओर, किसी तरल पदार्थ में डूबी कोई वस्तु जिस पर उसके उत्प्लावन बल से अधिक गुरुत्वाकर्षण बल का अनुभव हो, वह डूब जाएगी।
किसी तरल पदार्थ में सभी वस्तुएँ ऊर्ध्वाधर दिशा में दो विपरीत बलों, गुरुत्वाकर्षण (वस्तु के द्रव्यमान द्वारा निर्धारित) और उत्प्लावन बल (द्रव के घनत्व और वस्तु द्वारा विस्थापित तरल की मात्रा द्वारा निर्धारित), का अनुभव करती हैं। यदि उत्प्लावन बल किसी वस्तु पर लगने वाले गुरुत्वाकर्षण बल से अधिक है, तो वह तरल के शीर्ष तक उठ जाएगा। दूसरी ओर, किसी तरल पदार्थ में डूबी कोई वस्तु जिस पर उसके उत्प्लावन बल से अधिक गुरुत्वाकर्षण बल का अनुभव हो, वह डूब जाएगी।


तरल की सतह पर, एक तीसरा प्रभाव कार्य करता है - सतह तनाव। यह प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि तरल के अणु तरल के ऊपर की हवा की तुलना में एक-दूसरे के प्रति अधिक दृढ़ता से आकर्षित होते हैं। जैसे, तरल की सतह पर गैर-गीली वस्तुएं सतह के तनाव के कारण ऊपर की ओर बल का अनुभव करेंगी। यदि ऊपर की ओर बल वस्तु पर गुरुत्वाकर्षण बल को संतुलित करने के लिए पर्याप्त है, तो यह तरल की सतह पर तैरता रहेगा, जबकि नीचे की सतह विकृत हो जाएगी। इसके विपरीत, शुद्ध सकारात्मक उछाल वाली वस्तुएं सतह के खिलाफ दबाव डालने पर अपने चारों ओर पानी की सतह को विकृत कर देंगी।
तरल की सतह पर, एक तीसरा प्रभाव कार्य करता है - पृष्ठ तनाव। यह प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि तरल के अणु तरल के ऊपर की हवा की तुलना में एक-दूसरे के प्रति अधिक दृढ़ता से आकर्षित होते हैं। जैसे, तरल की सतह पर गैर-गीली वस्तुएं पृष्ठ तनाव के कारण ऊपर की ओर बल का अनुभव करेंगी। यदि ऊपर की ओर बल वस्तु पर गुरुत्वाकर्षण बल को संतुलित करने के लिए पर्याप्त है, तो यह तरल की सतह पर तैरता रहेगा, जबकि नीचे की सतह विकृत हो जाएगी। इसके विपरीत, शुद्ध सकारात्मक उत्प्लावनशील वस्तुएं सतह के विपरीत दबाव डालने पर अपने चारों ओर जल की सतह को विकृत कर देंगी।


तरल सतह की यह विकृति, प्रत्येक वस्तु द्वारा अनुभव किए जाने वाले जाल के ऊपर या नीचे की ओर लगने वाले बल के साथ मिलकर, चीयरियोस प्रभाव का कारण है। ऊपर की ओर लगने वाले शुद्ध बल का अनुभव करने वाली वस्तुएं तरल की सतह का अनुसरण करेंगी क्योंकि यह ऊपर की ओर मुड़ती है। इसलिए ऊपर की ओर विकृति वाली दो वस्तुएं एक-दूसरे की ओर बढ़ेंगी क्योंकि प्रत्येक वस्तु तरल की सतह का ऊपर की ओर अनुसरण करेगी। इसी तरह, नेट डाउनवर्ड बल वाली वस्तुएं नीचे की दिशा में तरल सतह के वक्र का अनुसरण करेंगी, और ऐसा करते समय क्षैतिज रूप से एक साथ चलेंगी।<ref>{{cite journal |last1=Chan |first1=D.Y.C. |last2=Henry |first2=J.D. |last3=White |first3=L.R.|title=द्रव इंटरफ़ेस पर एकत्रित कोलाइडल कणों की परस्पर क्रिया|journal=[[Journal of Colloid and Interface Science]] |volume=79 |issue=9 |pages=410–418 |date=1979 |doi=10.1016/0021-9797(81)90092-8 }}</ref>
तरल सतह की यह विकृति, प्रत्येक वस्तु द्वारा अनुभव किए जाने वाले जाल के ऊपर या नीचे की ओर लगने वाले बल के साथ मिलकर, चीरियोस प्रभाव का कारण है। ऊपर की ओर लगने वाले शुद्ध बल का अनुभव करने वाली वस्तुएं तरल की सतह का अनुसरण करेंगी क्योंकि यह ऊपर की ओर मुड़ती है। इसलिए ऊपर की ओर विकृति वाली दो वस्तुएं एक-दूसरे की ओर बढ़ेंगी क्योंकि प्रत्येक वस्तु तरल की सतह का ऊपर की ओर अनुसरण करेगी। इसी तरह, नेट डाउनवर्ड बल वाली वस्तुएं नीचे की दिशा में तरल सतह के वक्र का अनुसरण करेंगी, और ऐसा करते समय क्षैतिज रूप से एक साथ चलेंगी।<ref>{{cite journal |last1=Chan |first1=D.Y.C. |last2=Henry |first2=J.D. |last3=White |first3=L.R.|title=द्रव इंटरफ़ेस पर एकत्रित कोलाइडल कणों की परस्पर क्रिया|journal=[[Journal of Colloid and Interface Science]] |volume=79 |issue=9 |pages=410–418 |date=1979 |doi=10.1016/0021-9797(81)90092-8 }}</ref>


यही सिद्धांत कंटेनर के किनारे पर भी लागू होता है, जहां तरल की सतह [[मेनिस्कस (तरल)|मेनिस्कस]] प्रभाव से विकृत हो जाती है। यदि कंटेनर तरल के संबंध में गीला हो रहा है, तो मेनिस्कस कंटेनर की दीवार पर ऊपर की ओर झुक जाएगा, और सतह के साथ ऊपर की ओर यात्रा के परिणामस्वरूप उत्प्लावन वस्तुएं दीवार की ओर बढ़ेंगी। इसके विपरीत, गैर-उछाल वाली तैरती वस्तुएं इसी कारण से ऐसे कंटेनर की दीवारों से दूर चली जाएंगी।
यही सिद्धांत पात्र के किनारे पर भी लागू होता है, जहां तरल की सतह [[मेनिस्कस (तरल)|नवचंद्रक]] प्रभाव से विकृत हो जाती है। यदि पात्र तरल के संबंध में गीला हो रहा है, तो नवचंद्रक पात्र की दीवार पर ऊपर की ओर झुक जाएगा, और सतह के साथ ऊपर की ओर यात्रा के परिणामस्वरूप उत्प्लावन वस्तुएं दीवार की ओर बढ़ेंगी। इसके विपरीत, गैर-उत्प्लावनशील तैरती वस्तुएं इसी कारण से ऐसे पात्र की दीवारों से दूर चली जाएंगी।


समान सिद्धांतों से उत्पन्न होने वाले अधिक जटिल व्यवहार को उन आकृतियों में देखा जा सकता है जिनमें सरल अवतल या उत्तल मेनिस्कस व्यवहार नहीं होता है। जब ऐसी वस्तुएं एक-दूसरे के करीब आती हैं तो वे पानी की सतह के समतल में तब तक घूमती रहती हैं जब तक कि उन्हें एक इष्टतम सापेक्ष अभिविन्यास नहीं मिल जाता है और फिर एक-दूसरे की ओर बढ़ते हैं।<ref>{{cite journal |last1=Stamou |first1=D. |last2=Duschl |first2=C. |last3=Johannsmann |first3=D.|title=Long-range attraction between colloidal spheres at the air–water interface: The consequence of an irregular meniscus |journal=[[Physical Review E]] |volume=62 |issue=4 |pages=5263–5272 |date=2000|doi=10.1103/PhysRevE.62.5263 |pmid=11089088 |bibcode = 2000PhRvE..62.5263S }}</ref><ref>{{cite journal |last1= Lucassen |first1=J. |title=द्रव इंटरफेस में ठोस कणों के बीच केशिका बल|journal=[[Colloids and Surfaces]] |volume=65 |issue=2–3 |pages=131–137 |date=1992|doi=10.1016/0166-6622(92)80268-7 }}</ref>
समान सिद्धांतों से उत्पन्न होने वाले अधिक जटिल व्यवहार को उन आकृतियों में देखा जा सकता है जिनमें सरल अवतल या उत्तल नवचंद्रक व्यवहार नहीं होता है। जब ऐसी वस्तुएं एक-दूसरे के करीब आती हैं तो वे जल की सतह के समतल में तब तक घूमती रहती हैं जब तक कि उन्हें एक इष्टतम सापेक्ष अभिविन्यास नहीं मिल जाता है और फिर एक-दूसरे की ओर बढ़ते हैं।<ref>{{cite journal |last1=Stamou |first1=D. |last2=Duschl |first2=C. |last3=Johannsmann |first3=D.|title=Long-range attraction between colloidal spheres at the air–water interface: The consequence of an irregular meniscus |journal=[[Physical Review E]] |volume=62 |issue=4 |pages=5263–5272 |date=2000|doi=10.1103/PhysRevE.62.5263 |pmid=11089088 |bibcode = 2000PhRvE..62.5263S }}</ref><ref>{{cite journal |last1= Lucassen |first1=J. |title=द्रव इंटरफेस में ठोस कणों के बीच केशिका बल|journal=[[Colloids and Surfaces]] |volume=65 |issue=2–3 |pages=131–137 |date=1992|doi=10.1016/0166-6622(92)80268-7 }}</ref>


== सरलीकृत गणना ==
== सरलीकृत गणना ==


[[अमेरिकन जर्नल ऑफ फिजिक्स]] में लिखते हुए, हार्वर्ड यूनिवर्सिटी के [[ डोमिनिक वेल्ला |डोमिनिक वेल्ला]] और एल. महादेवन ने चीयरियोस प्रभाव पर चर्चा की और सुझाव दिया कि यह छोटी संरचनाओं की स्व-संयोजन के अध्ययन में उपयोगी हो सकता है।<ref>{{cite journal |last1=Vella |first1=D. |last2=Mahadevan |first2=L. |title=''चीयरियोस'' प्रभाव|journal=[[American Journal of Physics]] |volume=73 |issue=9 |pages=817–825 |date=September 2005 |doi=10.1119/1.1898523|arxiv = cond-mat/0411688 |bibcode = 2005AmJPh..73..817V |s2cid=16841823 }}</ref> वे [[घनत्व]] <math>\rho_s</math> और त्रिज्या <math>R</math> के दो गोलों के बीच <math>\ell</math> की दूरी पर घनत्व <math>\rho</math> के तरल में तैर रहे [[बल]] की गणना करते हैं
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==संदर्भ==
==संदर्भ==

Revision as of 19:27, 1 October 2023

सिक्कों के साथ चीरियोस प्रभाव का प्रदर्शन। प्रकाश प्रतिबिंब से सिक्कों के चारों ओर वक्रित जल सतह का पता चलता है। कई सिक्के कप के नीचे तक धँसे हुए हैं, जिससे पता चलता है कि ये सिक्के सामान्यतः तैरते नहीं हैं।

द्रव यांत्रिकी में, 'चीरियोस प्रभाव' एक ऐसा प्रचलित नाम है जिसे तैरती हुए वस्तुओं के एक-दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित करने की घटना के लिए प्रयोग किया जाता है। वह उदाहरण जिसके कारण इस प्रभाव को इस नाम से संबोधित किया गया है, वह यह अवलोकन किया जाता है कि नाश्ते के अनाज के टुकड़े (ब्रेकफास्ट सीरिअल) (उदाहरण के लिए, चीरियोस) कटोरे या प्याला की सतह पर तैरते हुए एक साथ समूहित होते हैं, या यह दिखाई देता है कि वे कटोरी की ओर चिपके हुए हैं।[1]

विवरण

यह प्रभाव उन छोटी वस्तुओं में देखा जाता है जो किसी तरल की सतह पर समर्थित होती हैं। ऐसी वस्तुएँ दो प्रकार की होती हैं: ऐसी वस्तुएँ जो पर्याप्त रूप से उत्प्लावनशील हों कि वे सदैव सतह पर तैरती रहें (उदाहरण के लिए, दूध में चीरियोस), और ऐसी वस्तुएँ जो इतनी भारी हों कि डुबाने पर डूब जाएँ, लेकिन इतनी भारी नहीं कि तरल की सतह तनाव को दूर कर सकें (उदाहरण के लिए, जल पर स्टील की पिन)। एक ही प्रकार की वस्तुएँ एक-दूसरे को आकर्षित करती हुई प्रतीत होंगी और विपरीत प्रकार की वस्तुएँ एक-दूसरे को विकर्षित करती हुई प्रतीत होंगी।

इसके अतिरिक्त, वस्तुओं और पात्र की दीवार के बीच भी वही आकर्षक या प्रतिकारक प्रभाव देखा जा सकता है। फिर से, दो संभावनाएँ हैं: तरल और पात्र की दीवार के बीच का संपर्क या तो अवतल या उत्तल नवचंद्रक (मेनिस्कस) होगा। अवतल नवचंद्रक की स्थिति में उत्प्लावनशील वस्तुएँ आकर्षित होंगी और उत्तल नवचंद्रक की स्थिति में प्रतिकर्षित होंगी। गैर-उत्प्लावनशील वाली तैरती हुई वस्तुएँ उल्लिखित का प्रतिलोम प्रदर्शित करेंगी।

स्पष्टीकरण

किसी तरल पदार्थ में सभी वस्तुएँ ऊर्ध्वाधर दिशा में दो विपरीत बलों, गुरुत्वाकर्षण (वस्तु के द्रव्यमान द्वारा निर्धारित) और उत्प्लावन बल (द्रव के घनत्व और वस्तु द्वारा विस्थापित तरल की मात्रा द्वारा निर्धारित), का अनुभव करती हैं। यदि उत्प्लावन बल किसी वस्तु पर लगने वाले गुरुत्वाकर्षण बल से अधिक है, तो वह तरल के शीर्ष तक उठ जाएगा। दूसरी ओर, किसी तरल पदार्थ में डूबी कोई वस्तु जिस पर उसके उत्प्लावन बल से अधिक गुरुत्वाकर्षण बल का अनुभव हो, वह डूब जाएगी।

तरल की सतह पर, एक तीसरा प्रभाव कार्य करता है - पृष्ठ तनाव। यह प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि तरल के अणु तरल के ऊपर की हवा की तुलना में एक-दूसरे के प्रति अधिक दृढ़ता से आकर्षित होते हैं। जैसे, तरल की सतह पर गैर-गीली वस्तुएं पृष्ठ तनाव के कारण ऊपर की ओर बल का अनुभव करेंगी। यदि ऊपर की ओर बल वस्तु पर गुरुत्वाकर्षण बल को संतुलित करने के लिए पर्याप्त है, तो यह तरल की सतह पर तैरता रहेगा, जबकि नीचे की सतह विकृत हो जाएगी। इसके विपरीत, शुद्ध सकारात्मक उत्प्लावनशील वस्तुएं सतह के विपरीत दबाव डालने पर अपने चारों ओर जल की सतह को विकृत कर देंगी।

तरल सतह की यह विकृति, प्रत्येक वस्तु द्वारा अनुभव किए जाने वाले जाल के ऊपर या नीचे की ओर लगने वाले बल के साथ मिलकर, चीरियोस प्रभाव का कारण है। ऊपर की ओर लगने वाले शुद्ध बल का अनुभव करने वाली वस्तुएं तरल की सतह का अनुसरण करेंगी क्योंकि यह ऊपर की ओर मुड़ती है। इसलिए ऊपर की ओर विकृति वाली दो वस्तुएं एक-दूसरे की ओर बढ़ेंगी क्योंकि प्रत्येक वस्तु तरल की सतह का ऊपर की ओर अनुसरण करेगी। इसी तरह, नेट डाउनवर्ड बल वाली वस्तुएं नीचे की दिशा में तरल सतह के वक्र का अनुसरण करेंगी, और ऐसा करते समय क्षैतिज रूप से एक साथ चलेंगी।[2]

यही सिद्धांत पात्र के किनारे पर भी लागू होता है, जहां तरल की सतह नवचंद्रक प्रभाव से विकृत हो जाती है। यदि पात्र तरल के संबंध में गीला हो रहा है, तो नवचंद्रक पात्र की दीवार पर ऊपर की ओर झुक जाएगा, और सतह के साथ ऊपर की ओर यात्रा के परिणामस्वरूप उत्प्लावन वस्तुएं दीवार की ओर बढ़ेंगी। इसके विपरीत, गैर-उत्प्लावनशील तैरती वस्तुएं इसी कारण से ऐसे पात्र की दीवारों से दूर चली जाएंगी।

समान सिद्धांतों से उत्पन्न होने वाले अधिक जटिल व्यवहार को उन आकृतियों में देखा जा सकता है जिनमें सरल अवतल या उत्तल नवचंद्रक व्यवहार नहीं होता है। जब ऐसी वस्तुएं एक-दूसरे के करीब आती हैं तो वे जल की सतह के समतल में तब तक घूमती रहती हैं जब तक कि उन्हें एक इष्टतम सापेक्ष अभिविन्यास नहीं मिल जाता है और फिर एक-दूसरे की ओर बढ़ते हैं।[3][4]

सरलीकृत गणना

अमेरिकन जर्नल ऑफ फिजिक्स में लिखते हुए, हार्वर्ड यूनिवर्सिटी के डोमिनिक वेल्ला और एल. महादेवन ने चीरियोस प्रभाव पर चर्चा की और सुझाव दिया कि यह छोटी संरचनाओं की स्व-संयोजन के अध्ययन में उपयोगी हो सकता है।[5] वे घनत्व और त्रिज्या के दो गोलों के बीच की दूरी पर घनत्व के तरल में तैर रहे बल की गणना करते हैं

जहां पृष्ठ तनाव है, पहली तरह का संशोधित बेसेल फ़ंक्शन है, बॉन्ड संख्या है, और

संपर्क कोण के संदर्भ में एक गैर-आयामी कारक है। यहां एक सुविधाजनक नवचंद्रक लंबाई पैमाना है।

संदर्भ

  1. "वैज्ञानिकों ने 'चीयरियो प्रभाव' की व्याख्या की". NBC News. Retrieved 2006-08-28.
  2. Chan, D.Y.C.; Henry, J.D.; White, L.R. (1979). "द्रव इंटरफ़ेस पर एकत्रित कोलाइडल कणों की परस्पर क्रिया". Journal of Colloid and Interface Science. 79 (9): 410–418. doi:10.1016/0021-9797(81)90092-8.
  3. Stamou, D.; Duschl, C.; Johannsmann, D. (2000). "Long-range attraction between colloidal spheres at the air–water interface: The consequence of an irregular meniscus". Physical Review E. 62 (4): 5263–5272. Bibcode:2000PhRvE..62.5263S. doi:10.1103/PhysRevE.62.5263. PMID 11089088.
  4. Lucassen, J. (1992). "द्रव इंटरफेस में ठोस कणों के बीच केशिका बल". Colloids and Surfaces. 65 (2–3): 131–137. doi:10.1016/0166-6622(92)80268-7.
  5. Vella, D.; Mahadevan, L. (September 2005). "चीयरियोस प्रभाव". American Journal of Physics. 73 (9): 817–825. arXiv:cond-mat/0411688. Bibcode:2005AmJPh..73..817V. doi:10.1119/1.1898523. S2CID 16841823.