1500-luvulla Leonardo da Vinci kuvasi ensin kiehtovaa ilmiötä, joka liittyi veteen ja josta tuli myöhemmin tunnetuksi hydraulinen hyppy. Ja vain viisi vuosisataa myöhemmin, tutkijat selvittivät lopulta miksi näin tapahtuu.
Tämä hyppy ei ole epäselvä ominaisuus, jonka vain tutkijat näkevät. Sinun täytyy vain kävellä keittiöösi tai hypätä suihkuun nähdäksesi sen.
Jos kytket hanaan virran, huomaa, mitä tapahtuu, kun vesi osuu pesualtaan pintaan. Se luo erittäin ohuen, nopeasti virtaavan, pyöreän vesikerroksen, jota ympäröi paksumpi, samankeskinen rengas turbulenttia vettä. Hydraulinen hyppy viittaa kohtaan, jossa vesi nousee ylös ja muodostaa paksumman kerroksen.
Vuodesta 1819 lähtien italialaisen matemaatikon Giorgio Bidonen kanssa monet tutkijat ovat yrittäneet selittää, mikä aiheuttaa veden hypyn tällä tavalla. Mutta kaikki tähän mennessä tehdyt selitykset ja yhtälöt ovat nojautuneet painovoimaan suurimpana voimana, sanoi pääkirjailija Rajesh K. Bhagat, tohtorikoulutettava kemikaalitekniikan ja biotekniikan laitoksella Cambridgen yliopistossa Englannissa.
Painovoiman poissulkemiseksi Bhagat ja hänen tiiminsä tekivät yksinkertaisen kokeen. Ne osuivat tasaiseen, vaakasuoraan pintaan vesisuihkulla, jotta saadaan aikaan yksinkertainen hydraulinen hyppy - samanlainen kuin näkisit kytkemällä vettä keittiön pesualtaan päälle. Mutta sitten he kallistivat tätä pintaa eri tavoin: pystysuoraan, 45 asteen kulmassa ja vaakasuoraan - niin, että viimein vesisuihku osuu viimein kattoiseksi muodostuvaan pintaan. Alkuhypyn sieppaamiseksi he tallensivat mitä tapahtui nopeilla kameroilla.
Kaikissa tapauksissa hydraulinen hyppy tapahtui samassa pisteessä. Toisin sanoen ohut, nopeasti liikkuva sisäkerros oli samankokoinen riippumatta siitä, missä suunnassa taso oli. Jos painovoima olisi aiheuttanut hyppyjä, vesi olisi "vääristynyt" missä tahansa tasossa vaakasuoran lisäksi. , Bhagat sanoi. "Tämä yksinkertainen koe osoittaa, että siinä on muuta kuin painovoimaa."
Uusi teoria ei ole painovoiman alainen
Tutkiessaan muita voimia, jotka saattoivat olla leikissä, tutkijat muuttivat vesivirran viskositeettia - mittaa kuinka paljon se voi vastustaa virtausta - sekoittamalla sitä glyseroliin, alkoholityyppiin, jonka pintajännitys on samanlainen kuin vedessä, mutta se on tuhat kertaa viskoosimpaa kuin vesi.
He pitivät myös viskositeetin vakiona ja vähensivät pintajännitystä - houkuttelevaa voimaa, joka pitää nestemäisiä molekyylejä yhdessä pinnassa - sekoittamalla pesuaineeseen yhteisen ainesosan, nimeltään natriumdodekyylibentseenisulfonaatti (SDBS).. Lopuksi ne vaihtelivat sekä viskositeettia että pintajännitystä sekoittamalla vettä ja propanolia, toista alkoholia, niin, että liuos oli 25 prosenttia viskoosimpaa kuin puhdas vesi, mutta pintajännitys oli kolme kertaa heikompi.
Tämän ansiosta tutkijat pystyivät eristämään kunkin voiman vaikutuksen, vanhempi kirjailija Ian Wilson, myös Cambridgen yliopiston pehmeiden kiintoaineiden ja pintojen professori, kertoi Live Sciencelle.
Asia on kyetä "ennustamaan, mistä tämä siirtyminen ohutkalvon ja paksun kalvon välillä alkaa", Wilson sanoi. Monet aiemmat teoriat eivät voineet tehdä sitä, koska hydraulisen hyppypaikan sijainti muuttuu, kun paksu kerros osuu jonkinlaiseen reunaan, kuten pesualtaan reunaan.
Hyppy tapahtuu kohdassa, jossa pintajännityksestä ja viskositeetista johtuvat voimat lisäävät ja tasapainottavat vauhtia nestesuihkusta, kirjoittajat totesivat.
Wilson sanoi, että tietäen missä tämä hyppy tapahtuu, voi olla sovelluksia teollisuudessa. Ennen hyppyä muodostuva ohut kerros kantaa paljon enemmän voimaa kuin paksumpi kerros, mikä tekee ohuemmasta alueesta tehokkaamman lämmön siirtämisessä.
Nopeita vesisuihkuja käytetään teollisissa sovelluksissa, kuten puhdistuksessa maidonjalostuksessa ja ilma-alusten turbiinien siipien tai piipuolijohteiden jäähdyttämisessä, Bhagat sanoi. Usein näissä sovelluksissa ajoittaiset vesisuihkut ovat tehokkaampia, Wilson sanoi. Näiden ajoittaisten suihkujen tehokkuuden parantamiseksi sinun on pystyttävä ennustamaan, missä ensimmäiset hydrauliset hyppyt tapahtuvat, hän sanoi.
