Американские физики объяснили слипание овсяных колечек в тарелке
Работа ученых может быть полезной при описании движения живых организмов по воде и создании плавучих микророботов.
Ученые экспериментально изучили взаимодействие тел в форме дисков на поверхности жидкости и построили численную модель данного процесса.
Как сообщает N+1, статья об исследовании опубликована в журнале Physical Review Letters. Полученные результаты позволяют объяснить, в частности, почему овсяные колечки для завтрака преимущественно образуют группы или находятся у стенок тарелки. Это также может оказаться полезным при описании движения живых организмов по воде и создании плавучих микророботов.
Так, при плавании тела на поверхности жидкости влияние на него оказывает целый ряд сил. Как правило, основных сил две - это гравитация и сила Архимеда, но они всегда направлены вдоль вертикальной оси, а если тело плавает, они также должны быть скомпенсированы.
Необходимо также учитывать капиллярные силы, которые связаны с поверхностным натяжением жидкости и ее сродством с материалом тела. Из-за них поверхность жидкости будет искривляться рядом с телом, а результирующая сила с ее стороны будет направлена под углом к горизонтали. Благодаря этому небольшие объекты, например, водомерки, могут плавать на поверхности воды, не погружаясь в нее.
Искривление поверхности жидкости может повлиять на движение плавающего объекта, например, в случае близости с другим телом. В результате возникает капиллярное притяжение, которое можно наблюдать во многих бытовых ситуациях. Именно этот феномен ответственен за стремление образовывать группы или находится у края сосуда у пузырьков или разнообразных шариков, хлопьев и других видов готовых завтраков.
В англоязычной среде это явление даже получило название «эффекта Cheerios» - по названию торговой марки производителя овсяных колечек, на примере которых данный феномен легко воспроизводится.
Отмечается, что у исследований эффекта капиллярного притяжения долгая история, а современные попытки количественного описания величины его воздействия начинаются со статьи 1949 года.
Тем не менее, большинство работ на эту тему посвящены теоретической оценке сил, а экспериментальных измерений относительно мало. В результате зависимость взаимодействия от многих параметров остается неподтвержденной опытным путем.
Физики из Браунского университета под руководством Дэниела Харриса (Daniel Harris) впервые провели прямые измерения силы взаимодействия двух макроскопических тел на поверхности воды в зависимости от массы, размера и расстояния между ними. Оказалось, что традиционный теоретический анализ упускал из виду один дополнительный фактор - наклон тел при очень близком расположении. Игнорирование этого факта приводит к ошибкам.
