Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.995 RSS
←   Сентябрь 2007   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.995 подписчиков
-1 за неделю
←   Все выпуски   →

Обнаружены новые свойства воздушных пузырьков, возникающих при падении маленьких тел в воду


Публичные лекции фонда «Династия» на «Элементах»

Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс. «Грядущие революции в фундаментальной физике».

Академик Владимир Игоревич Арнольд. «Сложность конечных последовательностей нулей и единиц и геометрия конечных функциональных пространств» (лекция опубликована в двух вариантах — популярном и математическом).

Дэвид Гросс: «Держу пари, что суперсимметрия будет открыта». Эксклюзивное интервью «Элементам».

Обнаружены новые свойства воздушных пузырьков, возникающих при падении маленьких тел в воду

17.09.2007

Стальной шарик, попадая в воду, увлекает за собой длинный воздушный пузырь. Возникающая на поверхности этого пузыря рябь парадоксальным образом не движется вместе с ним, а стоит на мест! е (изображение из обсуждаемой статьи)
Стальной шарик, попадая в воду, увлекает за собой длинный воздушный пузырь. Возникающая на поверхности этого пузыря рябь парадоксальным образом не движется вместе с ним, а стоит на месте (изображение из обсуждаемой статьи)

Падая в воду, стальной шарик увлекает за собой воздушный пузырек. Оказывается, поверхность этого пузырька покрывается рябью с удивительными свойствами.

Течение жидкости, поведение капель, струй и пузырей изучается уже не одно столетие, но несмотря на это новые открытия в гидродинамике регулярно появляются и в наши дни. И для этого не требуется особенно сложное оборудование — порой достаточно взять высокоскоростную видеокамеру и рассмотреть во всех деталях какой-нибудь быстро протекающий процесс.

Очередное исследование такого типа появилось на днях в журнале Physical Review Letters. Ученые из Стэнфордского университета (Stanford University) и Университета штата Пенсильвания (Pennsylvania State University) бросали в воду маленькие стальные шарики и снимали происходящее на камеру (использовалась камера Phantom v5.0, Vision Research, в режиме 2000 кадров/сек). Одновременно с этим гидрофоны записывали звуковые сигналы, а также велся мониторинг давления в жидкости.

Наблюдения показали, что, если стальной шарик входит в воду на скорости более 1 м/с, происходит цепь интересных событий. Вначале шарик «выбивает» в воде узкую воздушную воронку. Эта воронка начинает сжиматься и смыкается примерно посередине высоты. Именно в этот момент раздается наиболее громкий «бульк». Нижняя половинка воронки становится после этого длинным и узким воздушным пузырем, который устремляется вниз за шариком.

Рябь, образующаяся при падении в воду тефлонового шарика, имеет очень странную, пока не объясненную форму (изображение из обсуждаемой статьи)
Рябь, образующаяся при падении в воду тефлонового шарика, имеет очень странную, пока не объясненную форму (изображение из обсуждаемой статьи)

Всё это было известно и раньше. Однако авторы этой работы заметили и новое интересное явление: на стенках воздушного пузыря отчетливо видна рябь. Самое поразительное ее свойство состоит в том, что воздушный пузырь стремительно движется вниз, вслед за шариком, однако рябь при этом стоит на месте. Это хорошо видно на серии снимков, сделанных через одинаковые промежутки времени и расположенных друг рядом с другом.

Изучив это явление подробнее, авторы обнаружили, что эта рябь начинается строго в тот момент, когда воздушная воронка смыкается, «запечатывая» пузырек воздуха (этому моменту соответствует первый кадр из серии фотографий). Как показали датчики, в это мгновение давление в пузырьке резко повышается, и, по мнению авторов, именно этот удар его дестабилизирует. Более того, обнаружилась связь между скоростью движения шарика, высотой издаваемого звука и длиной волны ряби. Проведенные авторами теоретические расчеты формы пузырька после его «запечатывания» в общих чертах подтверждают эти наблюдения.

Впрочем, на некоторые вопросы у авторов работы пока не нашлось ответа. Например, повторив опыты с маленькими тефлоновыми шариками, авторы с удивлением обнаружили, что рябь в этом случае обладает чрезвычайно странной формой (см. рисунок). Как образуется такая рябь и почему вообще форма ряби должна зависеть от материала, остается пока не понятым.

Источник: T. Grumstrup, J. B. Keller, A. Belmonte. Cavity Ripples Observed during the Impact of Solid Objects into Liquids // Physical Review Letters, 99, 114502 (12 September 2007); статья свободно доступна на сайте одного из авторов (Pdf, 450 Кб).

Игорь Иванов

Эта новость на «Элементах»
 

В избранное