Дослідники з Університету штату Юта вивчили каскади води, щоб розкрити таємницю динаміки рідини.
Після року дослідження команда інженерів і рідинних динамістів розгадала фізику унікального підводного явища, яке порівнювалося з лялькою Матрешкою.
У дослідженні, опублікованому минулого тижня в Journal of Fluid Mechanics, дослідники з Splash Lab описують, що відбувається, коли краплі швидкої послідовності впливають на спокійну поверхню води і створюють порожнину повітря під водою.
«Коли потік крапель потрапляє на поверхню, він підтягує повітря і створює заповнену повітрям порожнину», - говорить провідний автор і кандидат наук Натан Спейрс. «Форми порожнин змінюються залежно від параметрів удару, таких як діаметр краплі та швидкість при ударі».
Коли безперервний потік води - струмінь - впливає на поверхню води, він утворює циліндричну форму глибокої, вузької порожнини. Коли краплі повільної послідовності впливають на воду, вони утворюють окремі порожнини, які закриваються і руйнуються до того, як випаде наступна крапля. Команда Splash Lab хотіла знати, що відбувається, коли краплі швидкої послідовності впливають на воду.
Результатом є унікальна серія порожнин всередині порожнин, яка створює ребристий вигляд.
«Якщо частота падаючих крапель досить висока, краплі потрапляють в одне і те ж місце і створюють вкладені порожнини», - сказав Спейрс. «Кожна наступна крапля утворює порожнину в основі попередньої порожнини».
Наявність порогу між високою і низькою частотою є ключовою частиною результатів команди. Спейрс каже, що ніколи не було числа, що визначає цей поріг. Таким чином, він і його команда визначили такий показник.
"Ми можемо визначити типи порожнин на основі нового безрозмірного числа, яке ми називаємо номером Матрьошки. Якщо число менше одиниці, порожнина впаде до того, як наступна крапля вдарить. Якщо вона вище одиниці, ми прогнозуємо, що буде освіта вкладених порожнин ".
Дослідники кажуть, що їх дослідження пропонує нові програми для повсякденного життя.
«Вже давно відомо, що струмінь рідини перетікає в потік крапелек всього в декількох дюймах від джерела струменя», - сказав співавтор і доцент університету США Тад Трускотт. «Це означає, що, коли звичайні струмені води впливають на пул води - наприклад, єак вода з крана в кухонну раковину, - потоки крапель створюють порожнини, схожі на ті, які ми вивчаємо в Splash Lab».
Розуміння нюансів типів сплесків може призвести до пристроїв, які зменшують сплеск назад і забезпечують більш чисте середовище.
У промисловості більш глибоке розуміння цього ніколи не пояснюваного аспекту динаміки також може призвести до успіхів у виробництві хімічних речовин і фармацевтичних препаратів. Натан Спейрс каже, що результати особливо корисні для розробки більш безпечних і більш ефективних процесів, в яких сплеск назад є великою проблемою.