Струмінь падаючої рідини може утворювати форму крил

Французькі вчені з Університету Париж Дідро провели ряд експериментів з вивчення розпилення вязкопружних рідин. В основу роботи лягли класичні досліди, при яких струмінь рідини виштовхується з сопла і вдаряється об площину. Відбиваючись від поверхні, рідина формує на деякій відстані від точки удару краплі, тонкий лист або «гідравлічний стрибок». Останню хвилеподібну структуру в природі, наприклад, можна спостерігати в швидких потоках струмків біля каменів.

Для початку спостереження проводилися тільки за звичайними рідинами. Після цього фізики перейшли на одну з добре вивчених вязкопружних рідин – поліетиленгліколь. Спостереження показали, що при реактивних швидкостях польоту рідини більше 1 метра в секунду, структура, що виникає на кордоні зіткнення з площиною, перетворюється з круглою в квадратну, трикутну або багатокутну.

При найближчому розгляді місця контакту вилітаючої рідини і площини вчені виявили особливі структури, які нагадували оперіння стріл. Кількість таких «крилатих» структур збігалася з кількістю кутів багатокутника, який утворювався в результаті удару рідини. Подальші вивчення феномена показали, що «крила» можуть з’явитися тільки у в’язкопружних рідин. При цьому також було встановлено, що кількість «крил» залежить від швидкості потоку рідини і відстані, на якій встановлено сопло. Так, чим вища швидкість вилітання з сопла рідини і чим ближче сопло розташоване щодо поверхні, тим більше «крил» утворює струмінь. Найбільша їх кількість було зафіксовано в момент, коли сопло перебувало всього в міліметрі від площини.

Поява «крилатих» структур у в’язкопружних рідин фізики пояснюють наявністю одночасно і поверхневого натягу, і пружної напруги в речовині. При виході рідини з сопла зовнішня частина її струменя рухається повільніше, ніж центральна. Така різниця призводить до деформації зсуву, в результаті чого молекули, розташовані поблизу від поверхні, розтягуються. Саме тому молекулам енергетично вигідніше розташовуватися уздовж лінії «крила». А оскільки поверхневий натяг працює на противагу додаткової площі поверхні, то утворюється саме така форма потоку, яка здатна збалансувати сили. У перспективі французькі фізики планують розробити точну математичну модель, яка зможе прогнозувати кількість і форму «крил».

You may also like...

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *