Физики узнали нечто новое о брызгах
С брызгами, возникающими от падения капель воды, знаком каждый ребенок на Земле, однако это явление не такое тривиальное, каким кажется на первый взгляд. Недавние эксперименты исследователей из Чикагского университета (University of Chicago) продемонстрировали всю сложность данного феномена. Впрочем, первая из найденных закономерностей лежит буквально на поверхности. Эксперименты показали (и это неудивительно), что вязкость жидкости играет в этом деле основную роль. Однако не менее важную роль играет и давление и молекулярная масса газа, в котором происходит падение капелек.
Ученые живо интересовались механизмами, порождающими "всплеск", по крайней мере с конца XIX столетия, когда впервые удалось получить фотографии момента столкновения капель молока и ртути с гладкой поверхностью. Хорошо известны также опыты изобретателя электронной лампы-вспышки (1931) американца Гарольда Эджертона (Harold Edgerton) и его коллег, которые в 1950-х гг. фотографировали капли, поражающие тонкие слои жидкости. В общем случае, когда большая капля достигает твердой поверхности, она расплющивается и разрушается, образуя сначала характерную "корону", а затем порождая брызги, состоящие из капелек меньшего размера.
Сидней Нагель (Sidney Nagel) и его коллеги из Чикаго теперь смогли разглядеть нечто такое, что никто прежде не видел, наблюдая за падением капель спирта с различных высот на стеклянное предметное стекло в вакуумной камере и делая записи с помощью высокоскоростной телекамеры. При этом использовались три типа жидкости с различными вязкостями (метанол, этиловый спирт и 2-пропанол) и четыре газа с различными молекулярными массами (гелий, воздух, криптон и фторид серы). Давление в камере варьировалось от 1 до 100 килопаскалей (что соответствует атмосферному давлению, 1 атм = 760 мм рт.ст. = 1,013250 х 105 Па).
Удивительным оказалось определяющее значение газовой среды для процесса образования брызг. В частности, при понижении давления после падения большой капли образовывалось гораздо меньше мелких капелек, а начиная с некоторого порогового значения давления никаких брызг вообще не получалось. Это пороговое давление чикагским физикам удалось связать с молекулярной массой окружающего газа. Кроме того, выяснилось, что 2-пропанол, который обладал наибольшей вязкостью из всех трех испытанных жидкостей, давал также и самое низкое пороговое давление.
Полученные результаты могут помочь в решении некоторых проблем из таких (казалось бы) разных технических областей, как струйная печать на принтерах или сгорание жидкого топлива.
Источники:
Making a splash - PhysicsWeb
Drop Splashing on a Dry Smooth Surface - arXiv
Обсудить
Статьи по теме
Исчезновение в "сухом болоте"
Люди, верблюды или даже автомобили, бесследно исчезающие в пустыне, внезапно засасываемые в песок, - теперь это не просто ужасные измышления бывалых путешественников. Подобные вещи могут быть вполне реальны и даже воспроизводимы в лабораторных условиях. Соответствующие исследования были проведены голландскими физиками, которым удалось создать "сухое болото".
Французский физик раскрыл тайну поющих дюн
Люди издавна знают о странных звуках, что слышатся иногда в пустыне или на побережье, где возвышаются груды песка. Известно, что эти звуки производятся дюнами или барханами в тот момент, когда вниз скатывается лавина, состоящая из мелких песчинок, однако конкретный механизм, за счет которого порождаются эти звуки, до сих пор оставался тайной.
Математики нашли новую идеальную форму
Сталактиты растут за счет просачивания воды сквозь трещины, щели и поры в сводах пещеры. Их формы могут быть весьма прихотливыми, однако, как выясняется, в основе каждого такого образования лежит одна и та же уникальная математическая формула, определяющая его идеальную форму.
Математики научились создавать отпечатки пальцев
Отпечатки пальцев криминалисты уже давно привыкли использовать в интересах следствия, однако, как ни странно, ученым до сих пор был непонятен конкретный механизм формирования прихотливых папиллярных линий. Теперь американские математики смогли воспроизвести эти структуры с помощью компьютерных симуляций.
"Отпечатки пальцев" в небе нашли свое объяснение
Группа физиков опубликовала статью, где дается объяснение известного с позапрошлого века феномена, который в буквальном смысле слова находится перед нашими глазами, но до сих пор не поддавался удовлетворительному объяснению. Речь идет о поляризации света в дневном небе и о тех фигурах, что можно наблюдать в поляризационных очках.
Новая теория шаровых молний
Джон Джилман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно предположил, что по крайней мере одно из свойств шаровой молнии - когезию (cohesion), способность удерживать частицы, составляющие оболочку светящегося шара, вместе на протяжении десятков секунд или даже минут - можно объяснить в терминах атомов Ридберга. Однако другие исследователи, занимающиеся изучением этого феномена, отнеслись к такому выводу скептически.
Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию
Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в классических жидкостях.
Ученые Тайваня открыли новое природное явление
Ученые обнаружили новый тип молний - "гигантские струи" - которые "связывают" вершины облаков с ионизированным слоем атмосферы, называемым ионосферой. Изучение высотных вспышек, или так называемых переходных люминесцентных событий, которые теперь включают "гигантские струи", "синие струи", "эльфы" и "спрайты" (другие названия - "феи", "тролли" или даже "домовые"), все еще находится в зачаточном состоянии.
Тайну марсианских "черничин" помогли раскрыть их гигантские земные "кузены"
Марсианские вездеходы-геологи, попавшие наконец в свои "пункты назначения", радуют земных ученых бесценными научными данными и потрясающими новыми фотографиями. Наиболее поразительными из всех недавно найденных Spirit образований считают своего рода округлую гальку, живо напоминающую о вездесущих "черничинах" на посадочной площадке другого вездехода, Opportunity, в другой части Красной планеты.
Задачка про водопровод по-древнеримски для компьютера
Компьютерное моделирование позволило разгадать секреты древнеримских инженеров-гидравликов. До настоящего времени оставалось невыясненным предназначение многих препятствий, выстроенных на пути водного потока и "лишних" отверстий в акведуках, хотя и высказывались догадки, что все это, возможно, способствовало более "гладкому" течению воды.
Новый способ получения энергии: крошечные трубочки выжимают электричество из воды
Открыт совершенно новый способ получения электричества. Внешне все работает довольно просто: вода проталкивается через тонкие каналы - и за счет этого течет электрический ток. Ларри Костюк из канадского Университета Альберты в Эдмонтоне надеется, что мощность установки удастся со временем увеличить, и тогда текущая по трубочкам вода сможет приводить в действие сравнительно мощные портативные устройства вроде мобильных телефонов и калькуляторов.
Магическое число научит летать и плавать
Одно-единственное "магическое" число описывает движения летающих и плавающих живых организмов, начиная от какой-нибудь моли и кончая дельфинами. Изучение его значения проливает свет на "летные навыки" давно исчезнувших с лица земли созданий и может помочь военным инженерам проектировать крошечных крылатых шпионов, которые могли бы обследовать занятые врагом здания, не привлекая к себе лишнего внимания.
