Физики научились предотвращать брызги — Naked Science
5 минут
Редакция

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.
30 сентября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Новейший истребитель пятого поколения F-35B, принадлежащий Корпусу морской пехоты США, потерпел крушение в Южной Калифорнии. Летчик успешно катапультировался.

29 сентября
10 минут
Мария Азарова

Помимо этого, удалось выяснить, как это извержение происходило и какую роль сыграло в развитии майяской цивилизации.

30 сентября
4 минуты
Мария Азарова

По заказу Лувра «Портрет госпожи Лизы дель Джокондо» оцифровали с помощью мультиспектральной камеры высокого разрешения. В итоге ученым удалось предположить, что помогало Леонардо да Винчи при создании этой картины.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

30 сентября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Новейший истребитель пятого поколения F-35B, принадлежащий Корпусу морской пехоты США, потерпел крушение в Южной Калифорнии. Летчик успешно катапультировался.

25 сентября
10 минут
Мария Азарова

По словам авторов эксперимента, им удалось выявить у черных ворон важный маркер сознания — способности субъективно переживать события внешнего мира и собственной жизни.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

13 сентября
37 минут
Александр Березин

640 лет назад завершилось крупнейшее сражение средневековой Европы — битва на Куликовом поле. В конце XX века ряд историков заявил: это была мелкая незначительная стычка, а вовсе не масштабное событие, запустившее формирование единого русского государства. По их мнению, ни о какой борьбе Москвы с Золотой Ордой в этом сражении просто не могла идти речь: места на поле боя недостаточно. Получается, события, описанные в летописях, были почти полной выдумкой. Однако теперь ситуация вдруг развернулась на 180 градусов: оказалось, место сражения действительно лежит в Тульской области… но совсем на другом поле. И это заметно меняет всю историю Руси того времени. Попробуем разобраться почему.

7 сентября
5 минут
Илья Ведмеденко

Недавно запущенный китайский потенциально многоразовый космический аппарат вернулся домой. Как стало известно, перед этим от него отсоединился некий объект, предназначение которого неизвестно.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: