Встановлено природу гідравлічного стрибка, який спостерігав Леонардо да Вінчі

Після цієї новини буденний процес чищення зубів тепер стане для вас цікавішим, оскільки дослідники з’ясували природу явища, яке ми спостерігаємо у власній ванній кімнаті щодня.

Гідравлічний стрибок на поверхні раковини.

Можливо, ви вже помічали, що коли вода потрапляє до раковини, то утворює широке коло з ніби невеликими хвилями. Для більш зрозумілого пояснення, просто подивіться на малюнок.

Сьогодні цей процес має назву гідравлічний стрибок. На побутовому рівні ми його майже не помічаємо, але частіше зустрічаємо в розгалуженнях великих річок або каналів. В результаті, ми спостерігаємо утворення жорстких хвиль, турбулентність та вихри в глибині води.

Першим цей процес зафіксував Леонардо да Вінчі ще в 1500-ті роки, а математичні рівняння розробив французький вчений Жан-Батіст Беланже в 1838 році. З того часу вчені вважали, що гідравлічні стрибки частково відбуваються внаслідок гравітаційного тяжіння. Але нова стаття, опублікована в журналі Journal of Fluid Mechanics, щойно спростувала цю давню теорію.

Команда дослідників на чолі з доктором Раджешем Бхагатом з Кембриджського університету провела власний експеримент. Вони вистрілювали струменями води вгору та вбік на пласкі поверхні й спостерігати точнісінько такі ж гідравлічні стрибки, як ті, коли вода текла вниз. Тобто, коли майже два століття науковці не піддавали сумнівам те, що гідравлічні стрибки викликані силою тяжіння, Бхагат та його колеги показали, що насправді вони є результатом втрати енергії через поверхневий натяг та в’язкість.

Поверхневий натяг – відоме явище, завдяки якому ставкові водоміри та легкі монетки тримаються на воді.

Ставкові водоміри використовують поверхневий натяг води для пересування водоймами.

Під час гідравлічного стрибка поверхневий натяг та в’язкі сили врівноважують імпульс у рідкій плівці, і гравітація не відіграє значної ролі. Експерименти не показали жодної залежності від орієнтації поверхні та співвідношення масштабування, що врівноважують в’язкість та поверхневий натяг. Змінивши ці параметри води, Бхагат зміг точно передбачити розмір гідравлічних стрибків, незалежно від того, в якому напрямку рухалася вода.

Професор Пол Лінден, директор досліджень при Департаменті прикладної математики та теоретичної фізики Кембриджського університету, який теж є співавтором статті, описав висновки Бхагата так:

“Його експерименти та теорія показують, що процес полягає саме у поверхневому натягу рідини, і це ніколи раніше не було визнано, хоча проблема обговорювалася да Вінчі та багатьма іншими. Ця робота є чудовим досягненням для розуміння динаміки тонких шарів рідини”.

На практичному рівні, результати дослідження можуть мати широкі наслідки для галузей промисловості, які мають високий рівень споживання води.

“Знати, як маніпулювати межами гідравлічного стрибка, дуже важливо, і тепер з цією теорією ми можемо легко збільшити або зменшити межу. Розуміння цього процесу має великі наслідки та може суттєво знизити використання промислових вод. Нова теорія вже використовується в практичній роботі в відділі хімічних технологій. Люди можуть використовувати цю теорію, щоб знайти нові способи очищення від машин до заводського обладнання”,

– каже Бхагат та сподівається, що його дослідження також будуть використані для пошуку нових способів зменшення споживання води в домогосподарстві.

Можливо, дослідники зробили ще один крок на зустріч збереженню ресурсів нашої планети.

Journal of Fluid Mechanics (2018). DOI: 10.1017/jfm.2018.558

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Вероніка Кисіль
  • 7 записів
  • 0 дописів
Людина з широким колом діяльності. Вероніка вивчає популяризацію науки в Україні. Цікавиться нанотехнологіями, молекулярною біологією та нейрокогнітивними технологіями. Випускниця видавничо-поліграфічного інституту НТУУ "КПІ".