16. gadsimtā Leonardo da Vinči vispirms aprakstīja aizraujošu parādību, kurā iesaistīts ūdens, kas vēlāk kļuva pazīstams kā hidrauliskais lēciens. Un tikai piecus gadsimtus vēlāk zinātnieki beidzot ir izskaidrojuši, kāpēc tā notiek.
Šis lēciens nav neskaidrs īpašums, kas ir redzams tikai zinātniekiem. Jums to tiešām vajag ieiet virtuvē vai ieiet dušā.
Ieslēdzot jaucējkrānu, pamaniet, kas notiek, kad ūdens nonāk virs izlietnes virsmas. Tas rada ļoti plānu, ātri plūstošu, apaļu ūdens slāni, ko ieskauj biezāks, koncentrisks turbulenta ūdens gredzens. Hidrauliskais lēciens attiecas uz vietu, kur ūdens paceļas uz augšu un veido biezāku slāni.
Sākot ar 1819. gadu kopā ar itāļu matemātiķi Giorgio Bidone, daudzi pētnieki ir mēģinājuši izskaidrot, kas izraisa ūdens lēkšanu šādā veidā. Bet visi līdzšinējie skaidrojumi un vienādojumi ir balstīti uz gravitāciju kā galveno spēku, sacīja vadošais autors Rajesh K. Bhagat, doktora kandidāts Kembridžas universitātes Ķīmiskās inženierijas un biotehnoloģijas nodaļā Anglijā.
Lai izslēgtu smagumu, Bhagats un viņa komanda veica vienkāršu eksperimentu. Viņi ar ūdens strūklu skāra plakanu, horizontālu virsmu, lai izveidotu vienkāršu hidraulisko lēcienu - tādu pašu veidu, kādu jūs redzētu, ja ieslēgtu ūdeni pie virtuves izlietnes. Bet pēc tam viņi dažādos veidos noliec šo virsmu: vertikāli, 45 grādu leņķī un horizontāli - tā, lai ūdens strūkla beidzot nonāktu virsmā, kas kļūst par griestiem. Lai notvertu sākotnējo lēcienu, viņi reģistrēja notikušo ar ātrgaitas kamerām.
Katrā ziņā hidrauliskais lēciens notika tajā pašā vietā. Citiem vārdiem sakot, plānais, ātri pārvietojošais iekšējais slānis bija vienāda izmēra neatkarīgi no tā, kādā orientācijā plakne atradās. Ja smagums būtu izraisījis lēcienus, ūdens būtu “izkropļots” jebkurā plaknē, izņemot horizontālo. , Sacīja Bhagats. "Šis vienkāršais eksperiments pierāda, ka tas ir nekas cits kā smagums."
Jaunā teorija nav kritusi
Lai izpētītu citus spēkus, kas varētu būt spēlējuši, pētnieki mainīja ūdens straumes viskozitāti - mēra, cik daudz tas var pretoties plūsmai - sajaucot to ar glicerīnu, tāda veida spirtu, kura virsmas spraigums ir līdzīgs ūdenim, bet tas ir 1000 reizes viskozāks nekā ūdens.
Viņi arī uzturēja nemainīgu viskozitāti un samazināja virsmas spraigumu - pievilcīgo spēku, kas šķidrās molekulas satur kopā virspusē - sajaucot kopīgu mazgāšanas līdzekļa sastāvdaļu, ko sauc par nātrija dodecilbenzolsulfonātu (SDBS).. Visbeidzot, tie mainīja gan viskozitāti, gan virsmas spraigumu, sajaucot ūdeni un cita veida spirtu propanolu, tā, lai šķīdums būtu par 25 procentiem viskozāks nekā tīrs ūdens, bet tā virsmas spraigums bija trīs reizes vājāks.
Tas ļāva pētniekiem izolēt katra spēka ietekmi, portālam Live Science pastāstīja vecākais autors Īans Vilsons, Kembridžas universitātes mīksto cietvielu un virsmu profesors.
Lieta ir tāda, ka jāspēj "paredzēt, kur sākas šī pāreja starp plānu un biezu plēvi", sacīja Vilsons. Daudzas iepriekšējās teorijas to nevarēja izdarīt, jo hidrauliskā lēciena atrašanās vieta mainās, kad biezais slānis nonāk līdz kaut kādai malai, piemēram, izlietnes malai.
Autori secināja, ka lēciens notiek vietā, kur virsmas spraiguma un viskozitātes spēki sasummē un līdzsvaro impulsu no šķidruma strūklas.
Zinot Vilsona teikto, zināt, kur šī lēkšana notiek vispirms, varētu būt pielietojums rūpniecībā. Plānais slānis, kas veidojas pirms lēciena, veic daudz lielāku spēku nekā biezāks slānis, tādējādi padarot plānāko laukumu efektīvāku siltuma nodošanā.
Ūdens ātrgaitas strūklas tiek izmantotas rūpnieciskos nolūkos, piemēram, tīrīšanā piena pārstrādē un lidmašīnu turbīnu lāpstiņu vai silīcija pusvadītāju dzesēšanā, sacīja Bhagats. Bieži vien šajās lietojumprogrammās efektīvākas ir periodiskas ūdens strūklas, sacīja Vilsons. Viņš sacīja, ka, lai uzlabotu šo periodisko sprauslu efektivitāti, jāspēj paredzēt, kur notiek sākotnējie hidrauliskie lēcieni.
