库埃特的细胞

几年前，我走进软物质化学家苏珊·珀金(Susan Perkin)的办公室，注意到她的文件柜上有一个奇怪的装置。它由一个透明的有机玻璃圆柱体组成。里面有一个透明的鼓，上面有一个把手;两者之间的空隙用甘油填充。“那是什么，”我问。苏拿起一个装有食用色素的注射器，小心地将一股蓝色液体注入甘油中，小心地写了一个字母c。然后顺时针转动手柄。当她这样做的时候，蓝色的液体开始扩散，字母变得模糊，直到无法辨认。然后，珀金一言不发地停了下来，把把手朝另一个方向转动，就在她这么做的时候，蓝色染料自己聚集起来，字母神奇地恢复了。我的下巴撞到了地板上;这是我见过的最接近时间机器的东西。 But the device is no toy – it’s a crucial instrument invented by Maurice Couette, one of the fathers of modern rheology.

库埃特出生在法国图尔的一个棉花商人家庭。他在家乡的一所天主教学校开始接受教育，之后前往图尔、普瓦捷和昂热学习数学和物理，并开始在新成立的大学任教。1880年，在巴黎服兵役一年之后，他进入索邦大学学习，同时还在一些天主教学校教书，并开始攻读物理教学文凭。他的研究使他接触到了物理学家加布里埃尔·李普曼(Gabriel Lippmann)。manbetx手机客户端3.0， 2015年9月，第38页)和数学家约瑟夫·布西内斯克。库埃特开始研究克劳德·路易斯·纳维尔(Claude-Louis Navier)的工作，他在19世纪20年代提出了第一个关于流体“内摩擦”(粘度)的数学处理方法。

纳维尔并不是第一个思考这些问题的人。在他的原理艾萨克·牛顿曾推测过流体被限制在两个旋转的圆柱管之间的运动——他预测流体流动的速度取决于与内管的距离。今天，我们会认为这是“牛顿行为”。然而，一个半世纪后，爱尔兰物理学家乔治·斯托克斯(George Stokes)设想了一个类似的装置，并推测在一定条件下——尤其是如果内筒旋转得比外筒快——涡流将开始形成，极大地影响观察到的粘度。他还怀疑侧壁上的液体是静止的。

纳维尔和斯托克斯的想法都是理论上的。直到1881年，奥地利物理学家马克斯·马尔斯(Max Margules)才建议使用同心圆柱体作为测量粘度的方法。内圆柱体挂在一根扭力丝上，而第二个圆柱体则绕着它旋转。粘度可能与导线扭曲的程度有关。

在巴黎，库埃特开始测试纳维尔和斯托克斯方程，让水流过玻璃管，并开发了一种仔细的数学处理来纠正终端效应。他第一次证明，正如纳维尔和斯托克斯所预测的那样，与壁面接触的流体是静止的。

库埃特还发展了马戈莱斯的想法，并从仪器制造商Eugène Ducretet设计并委托了一种设备。该套件具有极高的精度:据报道，内外圆柱体的半径分别为14.6395厘米和14.3942厘米。外圆柱体用滑轮旋转，而内圆柱体的扭矩可以用扭力丝或阿特伍德机测量，在阿特伍德机中，力可以通过滑轮传递的重量来平衡。

库埃特不知道的是，一位年轻的英国物理学家阿努夫·马洛克(Arnulph Mallock)，瑞利勋爵的实验室助手之一，按照类似的路线开发了一种仪器，但使用不同长度的可更换圆柱体。开尔文勋爵在1895年看到了这个装置，他坚持用一根玻璃棒插入两个圆柱体之间的缝隙。他得到的奖励是，由于由此产生的湍流迅速增加了观察到的粘度，内筒上的扭矩得到了令人满意的增加。

但库埃特的设备可以在更大的转速范围内运行。正如牛顿和纳维尔所预测的那样，在低速下测量的粘度是恒定的;但随着速度的增加，特性突然改变，粘度随着转速的增加而增加，导致湍流流动。库埃特对他的仪器中的缺陷进行了细致的修正，并对各种流体进行了测量——他测出的空气粘度值与半个世纪后测出的数值相差不到1%。不幸的是，因为他的汽缸是钢做的，他从来没有看到在动荡的政权中出现的壮观的动态。30年后，杰弗里·泰勒在玻璃中工作，通过在旋转的管子之间注入墨水，可视化(并拍摄)了流体中波浪甚至螺旋漩涡的复杂图案。

值得注意的是，库埃特的发明仍然用于粘度测定，并可能完全找到了另一种用途。最近的一篇论文食品工程杂志描述了一种方法，其中大豆蛋白不仅由旋转鼓之间的剪切力变性，而且还将分子排列成原纤维。结果是一块像牛排一样的实心厚板。它不像时间机器那么令人兴奋，但它可以为饥饿的素食者提供更多的纹理选择。