A Matrjoska-effektus: Víz alatti jelenség

A Utah Állami Egyetem kutatói vízkaszádokat küldenek egy tartályba, hogy felfedjék a folyadékdinamika rejtélyét.

Egy évig tartó kutatási tanulmány után a mérnökök és a folyadékdinamikusok csapata feltárta a fizikát egy egyedülálló víz alatti jelenség mögött, amelyet a Matrjoška babához hasonlítanak - a hagyományos orosz babához egy babán belül.

A Journal of Fluid Mechanics múlt héten megjelent tanulmányában az USU Splash Lab kutatói leírják, mi történik, ha a gyors egymásutánban lévő vízcseppek egy nyugodt felületre hatnak, és a víz alatt levegőüreget hoznak létre.

"Amikor a cseppek egy része a felszínre kerül, az levegőt húz, és levegővel töltött üreget hoz létre" - mondja a vezető szerző és PhD-jelölt, Nathan Speirs. "Az üregek alakja az ütközési paraméterektől, például a csepp átmérőjétől és az ütközés sebességétől függően változik."

Amikor egy folyamatos vízáram - egy sugár - a víz felszínére hat, henger alakú, mély, keskeny üreget képez. Amikor a lassú szekvenciájú cseppek hatással vannak a vízre, egyedi üregeket képeznek, amelyek bezáródnak és összeomlanak, mielőtt a következő cseppek eltalálnák. A Splash Lab csapata tudni akarta, mi történik, ha gyors egymásutánban lévő cseppek hatnak a vízre. Az eredmény az üregeken belüli egyedi üregsorozat, amely bordázott megjelenést eredményez.

"Ha a lehulló cseppek gyakorisága elég magas, akkor a cseppek ugyanarra a helyre ütköznek, és fészkes üregeket hoznak létre" - mondta Speirs. "Minden egymást követő csepp üreget képez az előző üreg tövében."

A magas és alacsony frekvencia közötti küszöb megkülönböztetése a csapat megállapításainak kulcsfontosságú része. Speirs szerint soha nem volt olyan szám, amely meghatározná ezt a küszöböt. Így ő és csapata fejlesztettek egyet.

"Meghatározhatjuk az üregek típusait egy új dimenzió nélküli szám alapján, amelyet Matryoshka számnak hívunk. Ha a szám kisebb, mint egy, akkor az üreg összeomlik, mielőtt a következő csepp eltalálná. Ha egy felett van, akkor azt jósoljuk, hogy a beágyazott üregek. "

A kutatók szerint tanulmányuk új alkalmazásokat kínál a mindennapi életben.

"Régóta ismert, hogy egy folyadéksugár cseppekbe áramlik, csak néhány centire a sugár forrásától" - mondta társszerző és Tadd Truscott, az USU docense. "Ez azt jelenti, hogy amikor a közönséges napi sugárhatások egy víztározóba ütköznek - például víz a csapból a konyhai mosogatóba, vagy a vizelet áramlik a WC-be -, akkor a cseppfolyások olyan üregeket hoznak létre, amelyek hasonlóak, mint nálunk. a Splash Lab. "

A fröccsenéstípusok árnyalatainak megértése olyan eszközökhöz vezethet, amelyek csökkentik a visszacsobbanást és tisztább környezetet biztosítanak.

Az iparban a folyadékdinamika ezen soha meg nem magyarázott aspektusának alaposabb megértése a vegyi anyagok és gyógyszerek gyártásának fejlődéséhez is vezethet. Speirs szerint az eredmények különösen hasznosak olyan biztonságosabb és hatékonyabb folyamatok kidolgozásában, amelyekben a visszacsobogás aggodalomra ad okot.