Новое исследование раскрывает тайну того, как капли жидкости разрушают твердые поверхности

1 297

Исследование, проведенное учеными Университета Миннесоты, показывает, почему капли жидкости обладают способностью разрушать твердые поверхности. Открытие может помочь инженерам разработать лучшие, более устойчивые к эрозии материалы.

Используя недавно разработанный метод, исследователи смогли измерить скрытые величины, такие как напряжение сдвига и давление, создаваемое ударом капель жидкости о поверхности, явление, которое ранее изучалось только визуально.

Ученые годами изучают воздействие капель, от того, как капли дождя падают на землю, до передачи патогенов, таких как COVID-19, в аэрозолях. Общеизвестно, что медленно капающие капли воды со временем могут разрушать твердые поверхности.

Но почему что-то, казалось бы, мягкое и текучее, может оказывать такое огромное влияние на твердое и прочное?

«Как в восточной, так и в западной культурах есть похожие поговорки о том, что «капающая вода точит камень», — объясняет Сян Ченг, старший автор статьи и доцент кафедры химической инженерии и материаловедения Миннесотского университета.

«Такие высказывания призваны преподать моральный урок: «Будь настойчив. Даже если ты слаб, если ты постоянно что-то делаешь, ты окажешь влияние». Но когда у вас есть что-то такое мягкое, как капли, ударяющиеся о что-то такое твердое, как камни, вы не можете не задаться вопросом: «Почему падение вообще вызывает какие-либо повреждения?» Этот вопрос мотивировал наше исследование».

В прошлом воздействие капель анализировалось только визуально с помощью высокоскоростных камер. Новый метод исследователей, называемый высокоскоростной микроскопией напряжения, обеспечивает более количественный способ изучения этого явления путем непосредственного измерения силы, напряжения и давления под каплями жидкости, когда они ударяются о поверхности.

Ученые обнаружили, что сила, создаваемая каплей, на самом деле распространяется вместе с падающей каплей, а не концентрируется в центре капли, а скорость, с которой капля распространяется, превышает скорость звука на коротких промежутках времени, создавая ударную волну по поверхности.

Каждая капля ведет себя как маленькая бомба, подобно взрыву высвобождая энергию удара и придавая ей силу, необходимую для эрозии поверхностей с течением времени.

Помимо того, что это исследование открывает новый способ изучения воздействия капель, оно может помочь инженерам разработать более устойчивые к эрозии поверхности для приложений, которые должны выдерживать воздействие внешних факторов.

Ученые уже планируют расширить это исследование, чтобы изучить, как различные текстуры и материалы изменяют величину силы, создаваемой каплями жидкости.

Статья об исследовании была опубликована в Nature Communications.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
1 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Александр Киселев
Участник
9 месяцев назад

Благодарю