16. sajandil kirjeldas Leonardo da Vinci esmakordselt põnevat veega seotud nähtust, mis hiljem sai tuntuks kui hüdrauliline hüpe. Ja kõigest viis sajandit hiljem on teadlased lõpuks selgitanud, miks see juhtub.
See hüpe pole mingi varjatud omadus, mis on nähtav ainult teadlastele. Selle nägemiseks peate tõesti lihtsalt oma kööki sisse kõndima või duši alla hüppama.
Kui lülitate kraani sisse, märkige, mis juhtub, kui vesi tabab valamu pinda. See loob väga õhukese, kiiresti voolava ümmarguse veekihi, mida ümbritseb paksem, kontsentriline ring turbulentsest veest. Hüdrauliline hüpe tähistab punkti, kus vesi tõuseb üles ja moodustab paksema kihi.
Alustades 1819. aastast itaalia matemaatiku Giorgio Bidone'iga, on paljud teadlased püüdnud selgitada, mis põhjustab vee sel viisil hüppamist. Kuid kõik senised seletused ja võrrandid on tuginenud gravitatsioonile kui peamisele jõule, ütles juhtautor Rajesh K. Bhagat, doktorant Inglismaa Cambridge'i ülikooli keemiatehnoloogia ja biotehnoloogia osakonnas.
Gravitatsiooni välistamiseks viisid Bhagat ja tema meeskond läbi lihtsa katse. Nad löövad veejoaga tasasele horisontaalsele pinnale, et tekitada lihtne hüdrauliline hüpe - sama moodi, nagu näeksite, kui lülitate vee sisse köögivalamu juures. Kuid siis kallutasid nad seda pinda mitmel viisil: vertikaalselt, 45-kraadise nurga all ja horisontaalselt - nii, et lõpuks lööks veejoa pinnale, millest sai lagi. Esialgse hüppe jäädvustamiseks salvestasid nad kiirkaameratega juhtunu.
Igal juhul juhtus hüdrauliline hüpe samas kohas. Teisisõnu, õhuke, kiiresti liikuv sisemine kiht oli sama suurusega, olenemata sellest, millises orientatsioonis lennuk oli. Kui gravitatsioon oleks põhjustanud hüppeid, oleks vesi mõnes horisontaaltasapinnas peale horisontaali "moonutatud". , Ütles Bhagat. "See lihtne eksperiment tõestab, et see pole kõike muud kui gravitatsioon."
Uus teooria pole raskusastmega maas
Muude jõudude uurimiseks, mis võisid mängida, varieerisid teadlased veevoolu viskoossust - mõõtes, kui palju see voolule vastu peab - segades seda glütserooliga, alkoholiga, mille pindpinevus on sarnane veega, kuid see on 1000 korda viskoossem kui vesi.
Samuti hoidsid nad viskoossust konstantsena ja vähendasid pindpinevust - atraktiivset jõudu, mis hoiab vedelaid molekule pinnal koos -, segades pesuainesse ühise koostisosa, mida nimetatakse naatriumdodetsüülbenseensulfonaadiks (SDBS).. Lõpuks varieerisid nad nii viskoossust kui ka pindpinevust, segades vett ja teist tüüpi alkoholi propanooli, nii et lahus oli 25 protsenti viskoossem kui puhas vesi, kuid selle pindpinevus oli kolm korda nõrgem.
See võimaldas teadlastel iga jõu mõju isoleerida, rääkis Cambridge'i ülikooli vanem autor Ian Wilson, kes on ka pehmete kuivainete ja pindade professor, Live Science'ile.
Asi on selles, et oleks võimalik ennustada, kust algab üleminek õhukese ja paksu kile vahel, "ütles Wilson. Paljud eelnevad teooriad ei suutnud seda teha, sest hüdraulilise hüppe asukoht muutub, kui paks kiht tabab mingisugust serva, näiteks valamu serva.
Hüpe toimub kohas, kus pindpinevusest ja viskoossusest tulenevad jõud liidavad ja tasakaalustavad vedelikujoa impulsi, leidsid autorid.
Wilson ütles, et teadmine, kus see hüpe esmakordselt aset leiab, võib tööstuses rakendusi leida. Enne hüpet moodustuv õhuke kiht kannab palju suuremat jõudu kui paksem kiht, muutes õhukese pinna soojuse ülekandmiseks efektiivsemaks.
Kiireid veejoad kasutatakse tööstuslikes rakendustes, näiteks piimatoodete puhastamisel ja lennukite turbiinide labade või räni pooljuhtide jahutamisel, ütles Bhagat. Sageli on nendes rakendustes katkendlikud veejoad tõhusamad, ütles Wilson. Nende vahelduvate pihustite efektiivsuse parandamiseks peate suutma ennustada, kus esimesed hüdraulilised hüpped juhtuvad, ütles ta.
