Явление, открытое более 100 лет назад, получило, наконец, объяснение

Английский физик лорд Рэлей широко известен тем, что совместно с Уильямом Рамсеем открыл газ аргон, за что был удостоен Нобелевской премии в 1904 г. Но имеется и не столь известное открытие лорда Рэлея, сделанное в 1878 г.

Почти 135 лет назад Рэлей написал, что два потока жидкости или капель не всегда сливаются в один, что несколько противоречит здравому смыслу. Этим явлением и заинтересовался Сунхвань Цзюн (Sunghwan Jung), ассистент профессора из Вирджинского технологического института.

Значение этого факта сегодня заключается в том, что если слияния между двумя потоками не происходит, это может оказать влияние на различные индустриальные или повседневные процессы, такие как эффективность подачи топлива, чернил в принтере и разработке распыляемых покрытий.

«В своей оригинальной статье Рэлей упомянул о двух вещах: отскакивании капель на жидкой ванне и отскакивании струй. При этом картинки не прилагались. Было проделано много исследований по первому явлению, но практически не было работ по второму, за исключением нескольких демонстраций в учебниках. Мы первые дали рациональное объяснение физическому механизму отскакивающих струй», - сказал Цзюн.

В своих экспериментах исследователи изучили отскакивание двух струй кремнийорганического масла при столкновении. Кремнийорганическое масло используется в большинстве экспериментов для того, чтобы избежать какого-либо загрязнения поверхности и часто является основой для гидравлики или смазки.

«Интуиция говорит нам, что две или более струй одной и той же жидкости, сталкивающиеся друг с другом, будут сливаться, образуя единую струю. Это является хорошо изученным явлением», - пояснил Цзюн.

Ключом к слиянию двух струй кремнийорганического масла в одну является скорость. Поскольку две струи жидкости увлекают за собой воздух, он действует как подушка, и струи будут отскакивать друг от друга. Но когда скорость потока становится выше определенного порога, воздух теряет стабильность, и струи будут сливаться в одну. Этот эффект нужно, в частности, учитывать при подаче топлива в ракетах и самолетах.

Рисунок показывает две струи жидкости, сливающиеся в одну (справа) когда скорость была увеличена всего на 20%