През 16 век Леонардо да Винчи за първи път описва завладяващо явление, включващо вода, което по-късно става известно като хидравличния скок. И само пет века по-късно учените най-накрая обясниха защо се случва.
Този скок не е някакво неясно свойство, което е видимо само за учените. Наистина просто трябва да влезете в кухнята си или да скочите под душа, за да го видите.
Ако включите кран, забележете какво се случва, когато водата удари повърхността на мивката. Той създава много тънък, бързо протичащ, кръгъл слой вода, заобиколен от по-дебел, концентричен пръстен от бурна вода. Хидравличен скок се отнася до точката, в която водата се издига нагоре и образува по-дебелия слой.
Започвайки през 1819 г. с италианския математик Джорджо Бидоне, много изследователи се опитват да обяснят какво причинява водата да скача по този начин. Но всички обяснения и уравнения досега са се опирали на гравитацията като основна сила, заяви водещият автор Раджеш К. Бхагат, докторски кандидат в катедрата по химическо инженерство и биотехнологии в университета в Кеймбридж в Англия.
За да изключат гравитацията, Бхагат и неговият екип проведоха прост експеримент. Те удрят равна, хоризонтална повърхност със струя вода, за да създадат обикновен хидравличен скок - същия вид, който бихте виждали, ако включите вода в кухненската мивка. Но след това те наклониха тази повърхност по различни начини: вертикално, под ъгъл 45 градуса и хоризонтално, така че най-после струята вода да се удари в повърхност, която се превърна в таван. За да заснемат първоначалния скок, те записаха случилото се с високоскоростни камери.
Във всеки случай хидравличният скок се случи в една и съща точка. С други думи, тънкият, бързо движещ се вътрешен слой е с еднакъв размер, независимо в коя ориентация е била равнината. Ако гравитацията е причинила скоковете, водата би била „изкривена“ в която и да е от равнините, освен хоризонталната , Каза Бхагат. "Този прост експеримент доказва, че е всичко друго освен гравитацията."
Новата теория не е с тежестта
За да изучат другите сили, които биха могли да играят, изследователите променят вискозитета на водния поток - мярка до колко може да устои на потока - като го смесват с глицерол, вид алкохол с повърхностно напрежение, подобно на това на водата, но това е 1000 пъти по-вискозно от това на водата.
Те също поддържат вискозитета постоянен и намаляват повърхностното напрежение - атрактивната сила, която държи течните молекули заедно на повърхността - чрез смесване на обща съставка в детергент, наречен натриев додецил бензен сулфонат (SDBS). И накрая, те варираха както вискозитета, така и повърхностното напрежение чрез смесване на вода и пропанол, друг вид алкохол, така че разтворът беше с 25 процента по-вискозен от чистата вода, но имаше повърхностно напрежение три пъти по-слабо.
Това позволи на изследователите да изолират влиянието на всяка сила, заяви пред Live Science старши автор Иън Уилсън, професор по меки твърди частици и повърхности, също от университета в Кеймбридж.
Въпросът е да можеш да предвидиш откъде започва този преход между тънък и дебел филм, каза Уилсън. Много от предишните теории не можеха да направят това, защото местоположението на хидравличния скок се променя, след като дебелият слой удари някакъв ръб, като ръба на мивката.
Скокът се случва на мястото, където силите от повърхностното напрежение и вискозитета добавят и балансират инерцията от течната струя, откриха авторите.
Знаейки къде най-напред се случва този скок, може да има приложения в индустрията, каза Уилсън. Тънкият слой, който се образува преди скока, носи много повече сила от по-дебелия слой, като по този начин прави по-тънката зона по-ефективна при предаване на топлина.
Високоскоростните струи вода се използват в промишлени приложения, като почистване при преработка на мляко и охлаждане на лопатките на турбините на самолета или на силиконови полупроводници, каза Бхагат. Често в тези приложения прекъсващите струи вода са по-ефективни, каза Уилсън. За да подобрите ефективността на тези периодични джетове, трябва да можете да предвидите къде се случват първоначалните хидравлични скокове, каза той.
