У 16 столітті Леонардо да Вінчі вперше описав захоплююче явище, пов’язане з водою, яке згодом стало називатися гідравлічним стрибком. І лише через п’ять століть вчені нарешті пояснили, чому це відбувається.
Цей стрибок - не якесь незрозуміле властивість, яке видно лише вченим. Вам справді просто потрібно зайти на кухню або скакати в душ, щоб побачити це.
Якщо ви вмикаєте кран, помічайте, що відбувається, коли вода потрапляє на поверхню мийки. Він створює дуже тонкий, швидкоплинний круговий шар води, оточений більш товстим концентричним кільцем бурхливої води. Гідравлічний стрибок відноситься до того місця, коли вода піднімається вгору і утворює товстіший шар.
Починаючи з 1819 року з італійським математиком Джорджіо Бідоне, багато дослідників намагалися пояснити, що спричиняє стрибки води таким чином. Але всі пояснення та рівняння на сьогоднішній день опиралися на гравітацію як основну силу, - сказав головний автор Раджеш К. Бхагат, кандидат доктора на кафедрі хімічної інженерії та біотехнології Кембриджського університету в Англії.
Щоб виключити гравітацію, Бгагат та його команда провели простий експеримент. Вони вдаряються струмкою води про рівну горизонтальну поверхню, щоб створити простий гідравлічний стрибок - такого ж виду, як і ви, якби ви включили воду на кухонну раковину. Але потім вони нахилили цю поверхню різними способами: вертикально, під кутом 45 градусів і горизонтально - так, щоб нарешті струмінь води потрапив у поверхню, що стала стелею. Щоб зафіксувати початковий стрибок, вони записали те, що сталося із швидкісними камерами.
У кожному випадку гідравлічний стрибок стався в одній і тій же точці. Іншими словами, тонкий, швидкоплинний внутрішній шар був однакового розміру, незалежно від того, в якій орієнтації була площина. Якби гравітація спричинила стрибки, вода була б «спотворена» в будь-якій з площин, окрім горизонтальної , Сказав Бхагат. "Цей простий експеримент доводить, що це не що інше, як гравітація".
Нова теорія не впадає у тяжкість
Щоб вивчити інші сили, які, можливо, були в грі, дослідники змінили в'язкість водного потоку - міру того, наскільки він може протистояти потоку - змішуючи його з гліцерином, типом спирту з поверхневим натягом, подібним до водного, але що в 1000 разів більш в'язких, ніж у води.
Вони також підтримували постійну в'язкість і зменшували поверхневий натяг - привабливу силу, яка утримує молекули рідини на поверхні - шляхом змішування загального інгредієнта в мийному засобі, який називається додецилбензолсульфонатом натрію (SDBS). Нарешті, вони змінювали як в'язкість, так і поверхневий натяг, змішуючи воду та пропанол, інший вид спирту, так що розчин був на 25 відсотків більш в'язким, ніж чиста вода, але поверхневий натяг був утричі слабшим.
Це дозволило дослідникам виділити вплив кожної сили, розповів Live Science старший автор Іван Вілсон, професор м'яких твердих тіл і поверхонь, також з Кембриджського університету.
Сенс у тому, щоб "можна було передбачити, звідки починається цей перехід між тонкою плівкою та товстою плівкою", - сказав Вілсон. Багато попередніх теорій не могли цього зробити, тому що розташування гідравлічного стрибка змінюється, коли товстий шар потрапляє на якусь кромку, як край раковини.
Автори з'явилися там, де сили поверхневого натягу та в'язкості додають та врівноважують імпульс із струменя рідини, виявили автори.
Вілсон сказав, що, знаючи, де вперше відбувся цей стрибок, можна було застосувати у промисловості. Тонкий шар, який утворюється перед стрибком, несе набагато більше сили, ніж більш товстий шар, тим самим робить більш тонку область більш ефективною при передачі тепла.
Високошвидкісні струмені води використовуються в промислових областях, таких як очищення при переробці молока та охолодження лопаток турбін літака або силіконових напівпровідників, заявив Бхагат. Часто в цих програмах переривчасті струмені води є більш ефективними, сказав Вілсон. Щоб підвищити ефективність цих переривчастих струменів, вам потрібно вміти передбачати, де відбуватимуться початкові гідравлічні стрибки, сказав він.
