Cameron Merritt
0 
2361
159
În secolul al XVI-lea, Leonardo da Vinci a descris pentru prima dată un fenomen fascinant care implică apa care mai târziu a devenit cunoscut sub numele de saltul hidraulic. Și la doar cinci secole mai târziu, oamenii de știință au explicat în cele din urmă de ce se întâmplă.
Acest salt nu este o proprietate obscură, care este vizibilă doar oamenilor de știință. Trebuie doar să intri în bucătărie sau să urci în duș pentru a o vedea.
Dacă porniți un robinet, observați ce se întâmplă pe măsură ce apa lovește suprafața chiuvetei. Creează un strat de apă foarte subțire, cu curgere rapidă, înconjurat de un inel concentric de apă turbulentă. Un salt hidraulic se referă la punctul în care apa se ridică în sus și formează un strat mai gros. [Imagini: Cele mai frumoase ecuații din lume]
Începând cu anul 1819, alături de matematicianul italian Giorgio Bidone, mulți cercetători au încercat să explice ce determină să sară apa în acest fel. Dar toate explicațiile și ecuațiile de până acum s-au bazat pe gravitație ca forță majoră, a declarat autorul principal Rajesh K. Bhagat, candidat la doctorat la departamentul de inginerie chimică și biotehnologie de la Universitatea din Cambridge, în Anglia.
Cu toate acestea, Bhagat și echipa sa au descoperit recent că gravitația nu are aproape nicio legătură cu aceste salturi hidraulice. Mai degrabă, forțele majore din spatele lor sunt tensiunea superficială și vâscozitatea, au raportat în studiul lor, care a fost publicat online 31 iulie în Journal of Fluid Mechanics.
Pentru a exclude gravitația, Bhagat și echipa sa au efectuat un experiment simplu. Au lovit o suprafață plană, orizontală, cu un jet de apă, pentru a crea un salt hidraulic simplu - același gen l-ați vedea dacă ați aprinde apa la chiuveta bucătăriei. Dar apoi, ei au înclinat această suprafață în diverse moduri: vertical, la un unghi de 45 de grade și orizontal - astfel încât, în cele din urmă, jetul de apă să lovească o suprafață care a devenit tavan. Pentru a surprinde saltul inițial, au înregistrat ce s-a întâmplat cu camerele de mare viteză.
În fiecare caz, saltul hidraulic s-a întâmplat în același punct. Cu alte cuvinte, stratul interior subțire, cu mișcare rapidă, avea aceeași dimensiune, indiferent de orientarea planului. În cazul în care gravitația ar fi provocat salturile, apa ar fi fost „denaturată”, în oricare dintre planurile, în afară de orizontală , A spus Bhagat. „Acest simplu experiment demonstrează că este orice altceva decât gravitația”.
Noua teorie nu se reduce cu gravitația
Pentru a studia celelalte forțe care ar fi putut fi în joc, cercetătorii au modificat vâscozitatea fluxului de apă - o măsură a cât de mult poate rezista curgerii - amestecând-o cu glicerolul, un tip de alcool cu o tensiune de suprafață similară cu cea a apei, dar adică de 1.000 de ori mai vâscos decât apa.
De asemenea, au menținut constantă vâscozitatea și au redus tensiunea de suprafață - forța atractivă care ține moleculele lichide la suprafață - prin amestecarea într-un ingredient comun în detergent numit dodecil benzen sulfonat de sodiu (SDBS). În cele din urmă, au variat atât vâscozitatea, cât și tensiunea superficială, amestecând apă și propanol, un alt fel de alcool, astfel încât soluția era cu 25% mai vâscoasă decât apa pură, dar avea o tensiune superficială de trei ori mai slabă..
Acest lucru le-a permis cercetătorilor să izoleze influența fiecărei forțe, a declarat autorul senior Ian Wilson, profesor de solide și suprafețe moi, de asemenea la Universitatea din Cambridge. .
Ideea este să fii capabil să prezici unde începe această tranziție între un film subțire și un film gros, a spus Wilson. Multe din teoriile anterioare nu au putut face asta, deoarece locația saltului hidraulic se schimbă odată ce stratul gros atinge un fel de margine, precum marginea chiuvetei.
Saltul are loc la locul în care forțele de tensiune superficială și vâscozitate se adaugă și echilibrează impulsul din jetul lichid, au descoperit autorii.
Wilson a ști că unde se produce acest salt poate avea aplicații în industrie, a spus Wilson. Stratul subțire care se formează înainte de salt are mai multă forță decât stratul mai gros, făcând astfel zona mai subțire mai eficientă la transferul de căldură.
Jets de apă de mare viteză sunt utilizate în aplicații industriale, cum ar fi curățarea în procesarea laptelui și răcirea paletelor turbinelor de aeronave sau semiconductori de siliciu, a spus Bhagat. Adesea, în aceste aplicații, jeturile intermitente de apă sunt mai eficiente, a spus Wilson. Pentru a îmbunătăți eficiența acestor jeturi intermitente, trebuie să puteți prezice unde se întâmplă salturile hidraulice inițiale, a spus el.
Publicat inițial la .