XVI amžiuje Leonardo da Vinci pirmą kartą aprašė patrauklų vandens reiškinį, kuris vėliau tapo žinomas kaip hidraulinis šuolis. Ir praėjus vos penkiems šimtmečiams mokslininkai pagaliau paaiškino, kodėl taip atsitinka.
Šis šuolis nėra kažkokia neaiški savybė, kurią mato tik mokslininkai. Jums iš tikrųjų tereikia įeiti į savo virtuvę arba įšokti į dušą, kad pamatytumėte.
Jei įjungiate maišytuvą, atkreipkite dėmesį, kas nutinka, kai vanduo patenka į kriauklės paviršių. Tai sukuria labai ploną, greitai tekančią, apskritą vandens sluoksnį, apsuptą storesnio, koncentrinio, turbulento vandens žiedo. Hidraulinis šuolis nurodo tašką, kuriame vanduo kyla aukštyn ir sudaro storesnį sluoksnį.
Pradėję 1819 m. Su italų matematiku Giorgio Bidone, daugelis tyrinėtojų mėgino paaiškinti, kas lemia vandens šuolį tokiu būdu. Tačiau visi ligšioliniai paaiškinimai ir lygtys rėmėsi sunkumais kaip pagrindine jėga, sakė pagrindinis autorius Rajeshas K. Bhagatas, doktorantas Kembridžo universiteto Anglijos chemijos inžinerijos ir biotechnologijų katedroje.
Norėdami atmesti sunkumą, Bhagatas ir jo komanda atliko paprastą eksperimentą. Vandens srove jie smogia į lygų horizontalų paviršių ir sukuria paprastą hidraulinį šuolį - tą patį, ką matytumėte, jei įjungtumėte vandenį prie virtuvės kriauklės. Bet tada jie įvairiai pakreipė šį paviršių: vertikaliai, 45 laipsnių kampu ir horizontaliai - taip, kad pagaliau vandens srovė smogtų į paviršių, kuris tapo lubomis. Norėdami užfiksuoti pradinį šuolį, jie užfiksavo tai, kas nutiko greitaeigėmis kameromis.
Visais atvejais hidraulinis šuolis įvyko tame pačiame taške. Kitaip tariant, plonas, greitai judantis vidinis sluoksnis buvo tokio paties dydžio, nesvarbu, kokia kryptimi buvo plokštuma. Jei gravitacija būtų sukėlusi šuolius, vanduo būtų „iškreiptas“ bet kurioje plokštumoje, išskyrus horizontalią. , Sakė Bhagatas. "Šis paprastas eksperimentas įrodo, kad tai yra viskas, išskyrus sunkumą."
Naujoji teorija nenusileidžia sunkumui
Norėdami ištirti kitas jėgas, kurios galėjo būti žaidžiamos, tyrėjai pakoregavo vandens srovės klampumą - įvertindami, kiek jis gali atsispirti tekėjimui - sumaišydami jį su gliceroliu, alkoholiu, kurio paviršiaus įtempis yra panašus į vandenį, tačiau tai yra 1000 kartų klampiau nei vanduo.
Jie taip pat išlaikė klampumą pastovų ir sumažino paviršiaus įtempimą - patrauklią jėgą, sulaikančią skystas molekules kartu paviršiuje - sumaišydami į bendrą skalbiklio ingredientą, vadinamą natrio dodecilbenzeno sulfonatu (SDBS).. Galiausiai, jie sumaišė tiek klampumą, tiek paviršiaus įtempimą, maišydami vandenį ir propanolį (kitą alkoholį), kad tirpalas būtų 25 proc. Klampesnis nei grynas vanduo, bet paviršiaus įtempis būtų tris kartus silpnesnis.
Tai leido tyrėjams atskirti kiekvienos jėgos įtaką, - „Live Science“ pasakojo vyresnysis autorius Ian Wilson, minkštųjų kietų medžiagų ir paviršių profesorius, taip pat Kembridžo universitete.
Esmė ta, kad reikia sugebėti nuspėti, kur prasideda šis perėjimas tarp plonos ir storos plėvelės “, - teigė Wilsonas. Daugelis ankstesnių teorijų to negalėjo padaryti, nes hidraulinio šuolio vieta pasikeičia, kai storas sluoksnis atsitrenkia į kažkokį kraštą, pavyzdžiui, į kriauklės kraštą.
Autorius nustatė, kad šuolis įvyksta toje vietoje, kur paviršiaus įtempimo ir klampumo jėgos prideda ir išlygina impulsą iš skysčio srovės.
Wilsonas teigė, kad žinodamas, kur šis šuolis įvyksta pirmiausia, gali būti pritaikytas pramonėje. Plonas sluoksnis, susidaręs prieš šuolį, patiria daug daugiau jėgų nei storesnis sluoksnis, todėl plonesnis plotas efektyviau perduoda šilumą.
Greitaeigiai vandens purkštukai naudojami pramonėje, pavyzdžiui, valydami pieną ir aušindami orlaivių turbinų mentes ar silicio puslaidininkius, sakė Bhagatas. Dažnai tokiose programose dažnesni vandens purkštukai yra efektyvesni, sakė Wilsonas. Jis sakė, kad norint pagerinti šių pertraukiamų purkštukų efektyvumą, reikia mokėti numatyti, kur įvyks pradiniai hidrauliniai šuoliai.
