Физики научились предотвращать брызги
В физике движение вязкой ньютоновской жидкости описывается уравнениями Навье-Стокса. К настоящему времени решения в общем случае для них не найдено, что затрудняет моделирование различных процессов в жидкостях. Между тем их анализ актуален для различных областей, в частности механизма разбрызгивания токсических веществ в результате падения емкости для их хранения.
В новой работе ученые провели серию экспериментов, в ходе которых бросали капли этанола на поверхности с разной упругостью - акриловый пластик (с модулем продольной упругости около 3 гигапаскаль) и силиконовые гели (5,5-430 килопаскаль). На момент падения капли развивали скорость 2-9 метров в секунду, особенности их разбрызгивания фиксировались высокоскоростной камерой.
Результаты показали, что при снижении упругости поверхности минимальная высота, при которой наблюдалось разбрызгивание, увеличивалась. Так, для разбрызгивания наименее жесткого геля требовалась высота 55 сантиметров, для пластика - 29 сантиметров. Сам феномен оказался связан с давлением на жидкость воздуха, прослойка которого образуется между каплей и поверхностью.
Согласно экспериментам, снизить пиковое давление возможно путем деформации поверхности в первые 30 миллисекунд после падения капли. Такая деформация поглощает сотые доли кинетической энергии, однако позволяет снизить скорость разброса воздушной прослойки из-под жидкости. С этой целью, по словам авторов, могут использоваться гели с широким диапазоном свойства.
