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

857

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 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
guest
1 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Александр Киселев
Участник
1 месяц назад