Jos kaadat vettä pullosta, nestevirta saa usein ketjumaisen rakenteen. Tämän omituisen ilmiön taustalla olevasta fysiikasta on kiistelty kiivaasti yli vuosisadan ajan, mutta nyt tämä mysteeri on ehkä ratkennut kokeilla Antoine Deblais, Daniel Bonn ja Daniel Jordan Amsterdamin yliopistosta ja Neil Ribe Paris-Saclayn yliopistosta.
Kun nestesuihku putoaa ei-pyöreästä suuttimesta, se voi muodostaa aallon leveistä, litteistä ja tasaisin välimatkoin olevista nesteen osista, jotka on suunnattu vuorotellen 90° toisiinsa nähden. Nämä osat on erotettu ohuemmilla nestelenkeillä, jolloin rakenne muistuttaa ketjua (katso kuva).
Vaikutuksen ytimessä on suihkun ei-sylinterinen profiili sen ilmaantuessa. Pintajännityksen minimoimiseksi suihku yrittää muuttua sylinteriksi, mutta tämä liike ylittää ja johtaa profiilin värähtelyyn.
Kahden teorian välillä on kuitenkin pitkäaikainen erimielisyys, jotka kuvaavat näiden värähtelyjen tapahtumista. Lord Rayleigh esitti yhden teorian vuonna 1879, ja Niels Bohr muutti sitä vuonna 1909. Rayleighin teoria kuvaa värähtelyä lineaarisena vaikutuksena, kun taas Bohrin teoria esittelee epälineaariset efektit, jotka vähentävät värähtelyjen taajuutta niiden amplitudin kasvaessa.
Bohr voittaa
Toistaiseksi ei ole kokeiltu, mikä näistä teorioista tarjoaa tarkemman kuvauksen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi Deblaisin tiimi suunnitteli 12 elliptisen suuttimen sarjan, joiden koko ja epäkeskisyys vaihtelevat. Sitten he mittasivat sekä ketjurakenteiden taajuudet että amplitudit, jotka muodostuivat kaataessaan vettä suuttimien läpi vaihtelevilla virtausnopeuksilla. Vaikka heidän havaitsemansa mallit olivat hieman eri mieltä Rayleighin ennusteiden kanssa, ne olivat vahvemmin linjassa Bohrin teorian kanssa.
Piilotettuja kuvioita löytyy veden pinnalta
Tulostensa perusteella Deblais ja kollegat rakensivat numeerisia simulaatioita nesteketjujen värähtelyistä - jälleen löytääkseen vahvan yhteisymmärryksen Bohrin ennusteiden kanssa. Heidän tulokset auttavat myös selittämään, miksi jokaisen suihkun pintaan tuli kuoppia kokeiden aikana – toinen mielenkiintoinen ominaisuus jokapäiväisissä vesisuihkuissa. Tiimi toivoo nyt laajentavansa kokeita ja simulaatioita muihin nesteisiin kuin veteen sekä monimutkaisempiin suuttimiin.
Nyt kun perusteoria on luotu, tulevat kokeet voivat tarjota hyödyllisiä oivalluksia moniin erilaisiin sovelluksiin, joissa nesteitä ammutaan elliptisistä suuttimista, mukaan lukien mustesuihkutulostus ja metallurgia. Jatkotutkimukset voivat myös johtaa uusiin tekniikoihin, joilla voidaan parantaa palamistehokkuutta, vaimentaa melua tai parantaa ohjauspotkurien hallintaa. Muualla havainnot voivat auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin tiettyjen lääketieteellisten ongelmien, mukaan lukien urologisten sairauksien, syntymistä ja mahdollista hoitoa.
Tutkimusta kuvataan Fyysinen tarkastelu Nesteet.
