Змішування дзиґою зліпило частинки у фрактали на поверхні рідини

Команда американських фізиків змішала гліцерин з еластомером за допомогою дзиґи та на ранок отримала на поверхні фрактальний візерунок. А все завдяки тому, що утворені дзиґою тороїдальні вихори змусили їх фрагментуватися у кульки різного розміру. Яскравий експеримент вчених приніс їм нагороду на конкурсі Gallery of Fluid Motion Американського фізичного товариства.

Що зробили фізики?

Пара фізиків з Массачусетського технологічного інституту вирішила поекспериментувати зі змішуванням рідин, а зокрема використати для цього дзиґу. Додавши у гліцерин трохи барвнику, а також просвітивши посудину за допомогою лазера, вчені змогли візуалізувати, що відбувається з рідиною, коли у ній крутиться дзиґа. Занурена наполовину у склянку вона утворила тороїдальний вихор, що постійно обертався, завдяки утвореним інерцією вторинним потокам.

Потім дослідники повторили свій експеримент, але вже з рідким еластомером, щоб наочніше побачити, що відбувається з іншим матеріалом при такому змішуванні.

Чому частинки так склеїлися?

Для другого експерименту вчені так само використали гліцерин і дзиґу, але додали ще еластомер, який згодом затвердіє, утворивши краплі. За ними фізики планували побачити, як дзиґа фрагментує еластомер. Під час змішування вони дійсно отримали купу різних кульок, що на ранок, спливши на поверхню, утворили візерунок зі структур, що повторювали одна одну на менших масштабах — фрактали.

Причому різні подібні фрактальні візерунки утворювалися і у подальших експериментах. Фізики пояснюють це тим, що при змішуванні дзиґа поділила еластомер на частинки різного розміру, що змушувало їх за різний час спливати на поверхню. Більші кульки спливали першими, а менші вже доєднувалися до них. Це зліплення, до речі, є відомим фізичним «ефектом кукурудзяних кілець» (Cheerios effect). Він полягає у тому, що бульбашки, що знаходяться на поверхні рідини, не лишаються на місці в спокої, а дрейфують один до одного чи до стінок посудини — подібно кукурудзяним кільцям у молоці на сніданок чи бульбашкам у газованій воді.

За словами авторів експерименту, передбачити, яку саме структуру утворять змішані за допомогою дзиґи частинки, важко. Однак вони пропонують звернути свою увагу на дзиґи як спосіб збирання еластомірних структур у ході змішування.

Також раніше ми розповідали, як вчені навчилися зліплювати краплі по троє в ефекті Ляйденфроста — вони не зливалися, але і не розділялися одна від одної.

---