27.10.2016
Редакция Naked Science

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.
Вчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 05:45
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Позавчера, 19:51
Мария Азарова

Американские ученые вышли за рамки черт личности классической «Большой пятерки» и рассмотрели их в контексте прогнозирования финансовой успешности.

Позавчера, 05:45
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

29 ноября
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

30 ноября
Мария Осетрова

Спроектированные искусственным интеллектом и собранные вручную ксеноботы — живые машины из эмбриональных клеток лягушки — теперь могут спонтанно воспроизводить самих себя.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

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: