16. sajandil kirjeldas Leonardo da Vinci esmakordselt veetavat põnevat nähtust, mis hiljem sai teada hüdraulilise hüppena. Ja ainult viis sajandit hiljem on teadlased lõpuks selgitanud, miks see juhtub.
See hüpata ei ole mõni varjatud vara, mis on teadlastele nähtav. Teil tuleb lihtsalt oma köögist minna või minna duššisse, et seda näha.
Kui lülitate segisti sisse, märkige, mis juhtub, kui vesi satub kraanikaussi pinnale. See loob väga õhuke, kiiresti voolav, ringikujuline veekiht, mida ümbritseb paksem, kontsentrilisem turbulentne vesi. Hüdrauliline hüppendus viitab punktile, kus vesi tõuseb üles ja moodustab paksema kihi. [Pildid: maailma kõige ilusamad võrrandid]
Alates 1819. aastast on Itaalia matemaatik Giorgio Bidone'ga paljud teadlased püüdnud selgitada, mis põhjustab vett hüppa sellisel viisil. Kuid kõik seletused ja võrrandid on senini tuginenud raskusjõule peamise jõuna, ütles juhtiv autor Rajesh K. Bhagat, Inglismaa Cambridge'i ülikooli keemiatehnoloogia ja biotehnoloogia osakonna doktorikandidaat.
Kuid Bhagat ja tema meeskond leidsid hiljuti, et raskusjõuga on harva mingit seost nende hüdropumpadega. Pigem on peamised jõud nende taga pindpinevus ja viskoossus, teatasid nad oma uuringus, mis avaldati Internetis 31. juulil Fluid Mechanics Journalis.
Bhagat ja tema meeskond tegid raskust välistades lihtsa katse. Nad löövad lameda ja horisontaalse pinnaga koos veejuga, et luua lihtne hüdrauliline hüpata - sama moodi näeksite, kas lülitasite köögi käes veega sisse. Kuid siis nad kallutasid seda pinda mitmel viisil: vertikaalselt, 45-kraadise nurga all ja horisontaalselt - nii et viimasel ajal lööks veekraan pinnale, mis sai lakke. Esialgse hüppe saavutamiseks salvestasid nad, mis juhtus kiirkaameratega.
Igal juhul juhtus hüdropump hüpoteek samal ajal. Teisisõnu oli õhuke ja kiirelt liikuv sisemine kiht sama suur, ükskõik milline suund oli lennuk. Kui gravitatsioon põhjustas hüppeid, oleks vesi "moonutatud" mõnes horisontaaltasandil, Ütles Bhagat. "See lihtne katse tõestab, et see on midagi muud kui gravitatsioon."
Teiste jõudude uurimiseks, mis võisid olla mängitud, varieerusid teadlased veevoolu viskoossust - mõõtu selle kohta, kui palju see võib voolu vastu seista - segades seda glütserooliga, mis on veega sarnane pindpinevus, kuid see on 1000 korda rohkem viskoosne kui vesi.
Nad hoidsid ka viskoossuse konstantse ja vähendasid pinna pinget - atraktiivset jõudu, mis hoiab vedelaid molekule kokku pinnal - segades pesuvahendi nagu naatriumdodetsüülbenseensulfonaat (SDBS). Lõpuks varieerusid nii viskoossus kui pindpinevus vee ja propanooli seguga, teise alkoholi liigiga, nii et lahus oli 25% rohkem viskoos kui puhas vesi, kuid pinna pinge oli kolm korda nõrgem.
See võimaldas teadlastel isoleerida mõlema jõu mõju, ütles WordsSideKick.com professor vanemautor Ian Wilson, pehmete tahkiste ja pindade professor, ka Cambridge'i ülikoolis.
Punkt on "suuteline ennustada, kus see üleminek õhukese kile ja paksu filmi vahel algab," ütles Wilson. Paljud eelmised teooriad ei suutnud seda teha, sest hüdraulilise hüppe muutumine muutub, kui paks kiht lööb mingi serva, nagu kraanikauss.
Leitud autorid leiavad hüpped kohapeal, kus pindpinevuse ja viskoossuse jõud tõuseb ja tasakaalustab vedelikujoaga hoogu.
Wilson ütles, et teada saada, kus see hüpata esmakordselt esineb, võivad olla rakendused tööstuses. Õhuke kiht, mis moodustab enne hüpata, kannab palju suuremat jõudu kui paksem kiht, mistõttu soojenduse ülekandmisel muutub õhem piirkond tõhusamaks.
Bhagati sõnul kasutatakse tööstuslikes rakendustes, näiteks puhastamisel piimatööstuses ja õhusõidukite turbiinide labade või räni pooljuhtmete jahutamisel, kasutatakse kiirlaevu. Wilson ütles, et nendes rakendustes on sageli sagedamini kasutatavad veejugad. Nende katkendlike reaktiivmootorite efektiivsuse parandamiseks peate suutma ennustada, kus esinevad hüdraulilised hüpped, ütles ta.
Algselt avaldatud WordsSideKick.com.