Щільність повітря визначила появу бризок від падіння у воду

Британські фізики вирішили уточнити, як на бризки, що утворюються від падіння у рідину сферичних предметів, впливають параметри повітря навколо. Тому за різного атмосферного тиску вони скидали у посудину з олією гладкі сталеві кульки, а утворені ними бризки фіксували за допомогою високошвидкісної камери. Так з'ясувалося, що на швидкість появи бризок та їхню форму щільність повітря впливала, тоді як довжина вільного пробігу газу — ні. Свої експерименти вчені описали у статті, опублікованій у журналі Physical Review Fluids. Вони сподіваються, що отримані ними результати допоможуть у моделюванні зіткнення тіл із рідинами, враховуючи не лише в'язкість рідин, а і щільність газу навколо.

Падіння кульки діаметром 15 міліметрів в олію на швидкості двох метрів на секунду за тиску в 1 бар. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

Падіння кульки діаметром 15 міліметрів в олію на швидкості двох метрів на секунду за тиску в 1 бар. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

Удари твердих тіл з рідинами супроводжують нас всюди: від кидання льоду у склянку до стрибка у басейн. І часто вони супроводжуються бурхливими сплесками, фізика яких вивчається ще з 19 століття. У цій же роботі вчені з університетів Ворика та Ньюкасла, що у Великобританії, вирішили подивитися, а що як скидати в однакову рідину однакового діаметра кульки з однаковою швидкістю, але за різних атмосферних умов. Тому вони озброїлися посудиною з олією, щоб знизити для куль порогову швидкість входу під час падіння, сталевими кульками діаметрами 2, 8 і 15 міліметрів, а також високошвидкісною камерою. Падати кульки мали у середовищі з гелієм, звичайним повітрям та аргоном, які заповнювали камеру із тиском від 0,05 бара до атмосферного.

Та сама кулька на тій самій швидкості, але вже за тиску в 0,53 бара. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

Та сама кулька на тій самій швидкості, але вже за тиску в 0,53 бара. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

У своїх експериментах вчені виділили три основних сценарії: або утворена падінням кульки порожнина відривається від неї та формує корону, яка росте вертикально гору, або корона, навпаки, оточує кульки, або порожнини від падіння взагалі не утворюється, а корона сплеску з'являється вже коли кулька потрапляє під товщу олії. Однак основним результатом виявилося те, що за різних параметрів кульок швидкість появи корони сплеску була однаковою, що говорить про те, що довжина вільного пробігу газу не впливає на неї. Натомість визначальним виявився фактор щільності газу навколо, який впливає на порогову швидкість входження кульки в олію.

А це вже падіння за тиску в 0,5 бара. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

А це вже падіння за тиску в 0,5 бара. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

На думку фізиків, вплив лише щільності газу вказує на те, що бризки пов'язані з динамічними ефектами газу, тобто з інерційними ефектами. Вони сподіваються це використати у моделях взаємодії твердих тіл з рідинами, доповнивши впливом газу вплив в'язкості.

Порівняння удару у повітрі щільністю в 0,525 атмосфери (ліві частини зображення) та в 0,5 атмосфери (справа). Інтервал між кадрами складає одну мілісекунду. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

Порівняння удару у повітрі щільністю в 0,525 атмосфери (ліві частини зображення) та в 0,5 атмосфери (справа). Інтервал між кадрами складає одну мілісекунду. Hollis Williams et al. / Physical Review Fluids, 2022

Фізика бульбашок і бризок

🍩Бризкання розпеченої олії описали трьома видами бульбашок

💦Похила поверхня змусила бульбашки у воді зробити сальто назад

🫧Вкриті бульбашками антибульбашки не луснули за 13 годин завдяки трясінню