Leonardo da Vinci je v 16. stoletju prvič opisal očarljiv pojav, ki vključuje vodo, ki je pozneje postal znan kot hidravlični skok. In slabih pet stoletij kasneje so znanstveniki končno razložili, zakaj se to zgodi.
Ta skok ni neka prikrita lastnost, ki je vidna samo znanstvenikom. Zares morate stopiti v kuhinjo ali skočiti pod tuš, da jo vidite.
Če vklopite pipo, opazite, kaj se zgodi, ko voda zadene površino umivalnika. Ustvari zelo tanko, hitro tekočo krožno plast vode, ki jo obdaja debelejši koncentrični obroč burne vode. Hidravlični skok se nanaša na točko, ko se voda dvigne navzgor in tvori debelejši sloj.
Številni raziskovalci so od leta 1819 z italijanskim matematikom Giorgiom Bidonom poskušali razložiti, kaj na tak način povzroča skok vode. Toda vse do zdaj razlage in enačbe so bile na težo nagnjene kot glavna sila, je dejal vodilni avtor Rajesh K. Bhagat, doktorski kandidat na oddelku za kemijski inženiring in biotehnologijo na univerzi v Cambridgeu v Angliji.
Da bi izključil težnost, sta Bhagat in njegova ekipa izvedla preprost eksperiment. Z curkom vode udarijo na ravno vodoravno površino, da ustvarijo preprost hidravlični skok - enako, kot bi videli, če bi na kuhinjskem pomivalnem koritu vklopili vodo. Potem pa so to površino nagibali na različne načine: navpično, pod kotom 45 stopinj in vodoravno - tako, da bi končno curek vode zadel površino, ki je postala strop. Za zajem začetnega skoka so posneli, kaj se je zgodilo s kamerami za visoke hitrosti.
V vsakem primeru se je hidravlični skok zgodil na isti točki. Z drugimi besedami, tanek, hitro premikajoč se notranji sloj je enake velikosti, ne glede na to, v kateri orientaciji je bila ravnina. Če bi gravitacija povzročila skoke, bi bila voda "izkrivljena" v kateri od ravnin poleg vodoravne , Je dejal Bhagat. "Ta preprost poskus dokazuje, da je vse prej kot teža."
Nova teorija ne zaostaja z resnostjo
Da bi preučili druge sile, ki so se morda igrale, so raziskovalci spreminjali viskoznost vodnega toka - merilo, koliko se lahko upira toku - z mešanjem z glicerolom, vrsto alkohola s površinsko napetostjo, ki je podobna vodi, vendar to je 1000-krat bolj viskozno od vode.
Prav tako so ohranili viskoznost konstantno in zmanjšali površinsko napetost - privlačno silo, ki drži tekoče molekule skupaj na površini - z mešanjem skupne sestavine v detergentu, imenovanem natrijev dodecil benzen sulfonat (SDBS). Končno so spreminjali tako viskoznost kot površinsko napetost z mešanjem vode in propanola, druge vrste alkohola, tako da je bila raztopina 25 odstotkov bolj viskozna od čiste vode, površinska napetost pa trikrat šibkejša.
To je raziskovalcem omogočilo izoliranje vpliva vsake sile, je za Live Science povedal visoki avtor Ian Wilson, profesor mehkih trdnih površin in površin, tudi na univerzi v Cambridgeu.
Bistvo je, da "lahko predvidimo, kje se začne ta prehod med tankim in debelim filmom," je dejal Wilson. Veliko prejšnjih teorij tega ni moglo storiti, saj se lokacija hidravličnega skoka spremeni, ko debela plast zadene nekakšen rob, kot je rob umivalnika.
Skoki se zgodijo na mestu, kjer sile površinske napetosti in viskoznosti seštevajo in uravnotežijo zagon iz tekočega curka, so ugotovili avtorji.
Vilson je povedal, kje se ta skok prvič zgodi, če bi lahko uporabil v industriji. Tanka plast, ki nastane pred skokom, nosi veliko večjo silo kot debelejša plast, s čimer postane tanjša površina učinkovitejša pri prenosu toplote.
Bhagat je dejal, da se hitri curki vode uporabljajo v industrijskih aplikacijah, kot so čiščenje pri predelavi mleka in hlajenje rezil turbin letala ali silicijevih polprevodnikov. V teh aplikacijah so vmesni curki vode pogosto učinkovitejši, je dejal Wilson. Če želite izboljšati učinkovitost teh prekinitvenih curkov, morate biti sposobni predvideti, kje se bodo zgodili začetni hidravlični skoki, je dejal.
