• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
27.10.2016
Редакция Naked Science
349

Физики научились предотвращать брызги

Международная группа ученых обнаружила, что вероятность образования брызг при падении капли жидкости связана с жесткостью поверхности. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

waterdrop-1-4
©Wikipedia

В физике движение вязкой ньютоновской жидкости, в том числе ее разбрызгивание, описывается уравнениями Навье-Стокса. Общего решения для этих уравнений не найдено — поиск решения относится к задачам тысячелетия, — что затрудняет теоретическое моделирование различных процессов в жидкостях. В результате многие такие процессы описываются экспериментально. Так, ранее ученые впервые зафиксировали все этапы осушки жидкости с помощью диэлектрического смачивания.

 

Анализ разбрызгивания жидкостей важен с точки зрения безопасности. Наряду с нетоксическими феномену подвержены токсические жидкости — для предотвращения таких происшествий ученым необходимо понимать механизмы разбрызгивания в тех или иных условиях и возможные способы его подавления.

 

В новой работе исследователи провели серию соответствующих экспериментов. Авторы бросали капли этанола на поверхности с разной упругостью и фиксировали процесс на высокоскоростную камеру. В качестве материала поверхности выступали — акриловый пластик (с высокой упругостью — около 3 гигапаскаль) и силиконовые гели (с низкой упругостью — 5,5–430 килопаскаль). На момент падения капли развивали скорость 2–9 метров в секунду в зависимости от высоты.

 

Кадры, сделанные для капель этанола, которые падали с одинаковой высоты на разные поверхности. Снимки сделаны спустя 350 миллисекунд после падения. / © Christopher J. Howland et al.

 

Результаты показали, что при снижении упругости поверхности минимальная высота, при которой наблюдалось разбрызгивание, увеличивалась. Так, для разбрызгивания наименее жесткого геля требовалась высота 55 сантиметров, для пластика — 29 сантиметров. С помощью компьютерного моделирования физики выяснили, что явление связано с давлением на жидкость воздуха. При сближении капли с поверхностью между ними образуется воздушная подушка, которая сплющивает каплю и, как следствие, увеличивает площадь ее контакта. Затем давление концентрируется у краев капли — именно оно ответственно за разбрызгивание.

 

График давления воздуха на капли в зависимости от времени. Стрелками указаны момент максимального давления и разбрызгивания (на пике). / © Christopher J. Howland et al.

 

По мнению ученых, снизить пиковое давление возможно путем деформации поверхности в первые 30 миллисекунд после падения капли. Хотя такая деформация поглощает сотые доли кинетической энергии, она позволяет значительно снизить скорость выброса воздушной прослойки из-под жидкости. С этой целью, по словам авторов, могут использоваться новые виды покрытий, например гели с широким диапазоном свойств.

 

Падение капли на силиконовый гель (без разбрызгивания) и на акриловый пластик. / © Christopher J. Howland et al.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 08:22
Михаил Орлов

Долгое время ученые не могли понять, как среди бедной почвы бассейна Амазонки появились небольшие участки черной плодородной земли. Из нового исследования следует, что аборигены Америки создали их намеренно. Они целенаправленно собирали и перерабатывали органику, чтобы улучшить возделываемую почву.

21 сентября
Igor

Международная группа биологов узнала, сколько родов животных за последние пять веков перестали существовать из-за деятельности человека и во сколько раз люди ускорили вымирание позвоночных.

6 часов назад
Михаил Орлов

Агрессия и конфликты сопровождали человечество всю историю и даже в доисторические времена. Новая статья посвящена динамике числа увечий и убийств у жителей побережья Чили более чем за 11 тысяч лет. Оказалось, насилие среди местных племен происходило постоянно и было стабильно до резкого роста в начале I тысячелетия до нашей эры.

Вчера, 08:22
Михаил Орлов

Долгое время ученые не могли понять, как среди бедной почвы бассейна Амазонки появились небольшие участки черной плодородной земли. Из нового исследования следует, что аборигены Америки создали их намеренно. Они целенаправленно собирали и перерабатывали органику, чтобы улучшить возделываемую почву.

20 сентября
Ольга Иванова

Исследователи из Швеции и Великобритания узнали, что «правило деревьев» да Винчи, который считал, что толщина всех веток дерева на любой его высоте, сложенная вместе, равна толщине ствола, ошибочно на микроуровне.

21 сентября
Igor

Международная группа биологов узнала, сколько родов животных за последние пять веков перестали существовать из-за деятельности человека и во сколько раз люди ускорили вымирание позвоночных.

31 августа
Сергей Васильев

Вопреки предсказаниям, кислород-28 оказался крайне неустойчивым. Физики не успели даже зарегистрировать такие ядра, хотя теоретически они должны быть дважды магическими, а значит — особенно стабильными.

31 августа
Дарья Губина

Тотальная память — плохо для мозга. Чтобы детально запомнить событие, стоит о нем вспоминать как можно реже. Чем больше вы знаете по теме, тем больше новой информации вы запомните. Но если информации будет слишком много, то не вся она будет зафиксирована в мозге. Naked Science разбирается, как сегодня ученые, нейробиологи и психологи объясняют способности нашего мозга запоминать и учиться.

20 сентября
Ольга Иванова

Исследователи из Швеции и Великобритания узнали, что «правило деревьев» да Винчи, который считал, что толщина всех веток дерева на любой его высоте, сложенная вместе, равна толщине ствола, ошибочно на микроуровне.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: