V 16. storočí Leonardo da Vinci prvýkrát opísal fascinujúci jav týkajúci sa vody, ktorý sa neskôr stal známy ako hydraulický skok. A len o päť storočí neskôr vedci konečne vysvetlili, prečo sa to stalo.
Tento skok nie je nejakým temným majetkom, ktorý je viditeľný iba pre vedcov. Na to, aby ste to videli, musíte jednoducho ísť do vašej kuchyne alebo naskočiť do sprchy.
Ak zapnete kohútik, všimnite si, čo sa stane, keď voda zasiahne povrch umývadla. Vytvára veľmi tenkú, rýchlo tečúcu kruhovú vrstvu vody obklopenú silnejším koncentrickým krúžkom turbulentnej vody. Hydraulický skok znamená miesto, kde voda stúpa a tvorí silnejšiu vrstvu.
Počnúc rokom 1819 talianskym matematikom Giorgiom Bidoneom sa mnohí vedci pokúsili vysvetliť, čo spôsobuje, že voda týmto spôsobom skočí. Všetky doterajšie vysvetlenia a rovnice sa však opierali o gravitáciu ako hlavná sila, uviedol vedúci autor Rajesh K. Bhagat, doktorand na katedre chemického inžinierstva a biotechnológie na University of Cambridge v Anglicku.
Aby vylúčil gravitáciu, vykonal Bhagat a jeho tím jednoduchý experiment. Narazili na rovný vodorovný povrch prúdom vody, aby vytvorili jednoduchý hydraulický skok - ten istý druh, aký by ste videli, keby ste zapli vodu v kuchynskom dreze. Potom však rôznym spôsobom naklonili tento povrch: zvisle, pod uhlom 45 stupňov a vodorovne - tak, aby prúd vody nakoniec dopadol na povrch, ktorý sa stal stropom. Aby zachytili počiatočný skok, zaznamenali, čo sa stalo s vysokorýchlostnými kamerami.
V každom prípade došlo k hydraulickému skoku v rovnakom bode. Inými slovami, tenká, rýchlo sa pohybujúca vnútorná vrstva mala rovnakú veľkosť bez ohľadu na to, v akej orientácii bola rovina. Keby gravitácia spôsobila skoky, voda by bola „skreslená“ v ktorejkoľvek z rovín okrem horizontálnej. , Povedal Bhagat. „Tento jednoduchý experiment dokazuje, že je to niečo iné ako gravitácia.“
Nová teória nie je dole gravitáciou
Na štúdium ďalších síl, ktoré mohli byť v hre, vedci zmenili viskozitu prúdu vody - mieru toho, ako môže odolať toku - zmiešaním s glycerolom, alkoholom s povrchovým napätím, ktoré je podobné vode. to je 1 000-krát viskóznejšie ako voda.
Tiež udržiavali konštantnú viskozitu a znižovali povrchové napätie - príťažlivú silu, ktorá drží molekuly tekutín spolu na povrchu - zmiešaním bežnej zložky s detergentom nazývaným dodecylbenzénsulfonát sodný (SDBS).. Nakoniec menili viskozitu a povrchové napätie zmiešaním vody a propanolu, iného druhu alkoholu, takže roztok bol o 25% viskóznejší ako čistá voda, ale povrchové napätie bolo trikrát slabšie.
To umožnilo vedcom izolovať vplyv každej sily, hlavný autor Ian Wilson, profesor mäkkých tuhých látok a povrchov, tiež na University of Cambridge, povedal pre Live Science.
Ide o to, „byť schopný predpovedať, kde sa začína tento prechod medzi tenkým a hrubým filmom,“ uviedol Wilson. Mnoho predchádzajúcich teórií to nemohlo urobiť, pretože umiestnenie hydraulického skoku sa zmení, keď hrubá vrstva zasiahla nejaký okraj, napríklad okraj umývadla.
Autori zistili, že skok nastáva v mieste, kde sily z povrchového napätia a viskozity zvyšujú a vyrovnávajú hybnosť z prúdu kvapaliny.
Vedieť, kde sa tento skok prvýkrát vyskytne, môže mať v priemysle uplatnenie, uviedol Wilson. Tenká vrstva, ktorá sa tvorí pred skokom, nesie oveľa väčšiu silu ako hrubšia vrstva, čím sa stáva tenšia oblasť pri prenose tepla efektívnejšia.
Vysokorýchlostné prúdy vody sa používajú v priemyselných aplikáciách, ako sú čistenie pri spracovaní mlieka a chladenie lopatiek turbín lietadiel alebo kremíkových polovodičov, uviedol Bhagat. V týchto aplikáciách sú prerušované prúdy vody často efektívnejšie, uviedol Wilson. Aby sa zvýšila účinnosť týchto prerušovaných prúdov, musíte byť schopní predpovedať, kde nastanú počiatočné hydraulické skoky, povedal.
