Дослідники проаналізували гідродинаміку поверхні, змащеної мастилом, яке імітує слиз водоростей та риб. Така поверхня також імітує біологічні системи зберігання слизу. Виявилося, що шар мастила сприяє зменшенню опору під час руху у воді. Застосування такої поверхні на кораблях дозволить заощадити енергію, необхідну для їхнього пересування. Стаття про це доступна у журналі Physics of Fluids.
Як слиз допомагає пересуватися водоростям та рибам?
Взаємодія рідини із морськими водоростями та рибами створює опір. Механізм зменшення опору за рахунок слизу є одним із декількох анатомічних та поведінкових пристосувань для полегшення руху. Так, потік води, що виникає навколо поверхні, вкритої шаром слизу, має гідродинамічні переваги. Зокрема, це сприяє зменшенню градієнта швидкості навколишньої рідини — величини, що визначається різницею у швидкості руху різних шарів рідини. Такі слизькі поверхні можуть бути використані для зменшення втрат енергії, що виникають під час експлуатації морських транспортних засобів. Далекі вантажні судна втрачають рушійну силу через тертя рідини, яке становить від 60% до 70% загального опору.
Яку симуляцію провели вчені?
Практичне моделювання припускає, що поверхні із мікропорожнинами, які виділяють мастило, імітуючи слиз водоростей та риб, можуть зменшити опір при пересуванні у воді. Для моделювання вчені використовували зразки матеріалів із мікропорожнинами, кожну з яких заповнили мастилом під назвою Krytox GPL 103. За словами вчених, воно не шкідливе для риб та інших організмів, тому може застосовуватися на практиці. Порожнини були відкритими, більш вузькими біля поверхні, так що мастило надходило з їхньої нижньої частини без обмежень.
Рентгенівське зображення системи зберігання слизу риби та схема, що демонструє, як мастило виділяється у конструкції авторів. Hyung Jin Sung / Physics of Fluids.
Рентгенівське зображення системи зберігання слизу риби та схема, що демонструє, як мастило виділяється у конструкції авторів. Hyung Jin Sung / Physics of Fluids.
Група вивчила середню швидкість вантажного судна та змоделювала його поведінку із різними змащеними поверхнями. Зокрема, вчені слідкували за тим, як впливає на процес розмір відкритих ділянок мікропорожнин. Виявилося, що чим більший був отвір порожнини, тим більше мастила вивільнялося і розміщувалося уздовж поверхні матеріалу. Це зменшувало опір поверхні майже на 18 відсотків.
Отримані в лабораторії результати потребують доопрацювання, перш ніж їх можна буде застосовувати на практиці.