Ha vizet öntünk ki egy palackból, a folyadékáram gyakran láncszerű szerkezetet vesz fel. A furcsa jelenség mögött meghúzódó fizikáról több mint egy évszázada heves viták folynak, de most ezt a rejtélyt talán megfejtették az általa végzett kísérletek. Antoine Deblais, Daniel Bonn és Daniel Jordan az Amszterdami Egyetemen és Neil Ribe a Paris-Saclay Egyetemen.
Amikor egy folyadéksugár lecsökken egy nem kör alakú fúvókáról, akkor széles, lapított és egyenletesen elhelyezkedő folyadékrészekből álló hullámot képezhet, amelyek felváltva 90°-ban vannak egymással szemben. Ezeket a részeket vékonyabb folyadékláncok választják el egymástól, így a szerkezet láncra emlékeztet (lásd az ábrát).
A hatás középpontjában a kilépő sugár nem hengeres profilja áll. A felületi feszültség minimalizálása érdekében a sugár megpróbál hengerré válni, de ez a mozgás túllendül, és a profil alakjában oszcillációt okoz.
Azonban régóta nézeteltérés van két elmélet között, amelyek leírják, hogyan fordulnak elő ezek az oszcillációk. Az egyik elméletet Lord Rayleigh terjesztette elő 1879-ben, majd Niels Bohr módosította 1909-ben. Rayleigh elmélete az oszcillációt lineáris hatásként írja le, míg Bohr elmélete olyan nemlineáris hatásokat vezet be, amelyek csökkentik az oszcillációk gyakoriságát az amplitúdójuk növekedésével.
Bohr nyer
Eddig még egyetlen kísérlet sem határozta meg, hogy ezen elméletek közül melyik kínál pontosabb leírást. A probléma megoldására Deblais csapata 12 különböző méretű és excentricitású elliptikus fúvókából álló sorozatot tervezett. Ezután megmérték a láncszerkezetek frekvenciáját és amplitúdóját is, amelyek akkor alakultak ki, amikor a vizet változó áramlási sebességgel öntötték át a fúvókákon. Míg az általuk megfigyelt minták némileg eltértek Rayleigh jóslataitól, erősebben igazodtak Bohr elméletéhez.
Rejtett minták a víz felszínén
Eredményeik alapján Deblais és munkatársai numerikus szimulációkat készítettek folyadéklánc-oszcillációkról – ismét erős egyezést találva Bohr előrejelzéseivel. Eredményeik azt is segítik megmagyarázni, hogy miért lett gödrös az egyes sugárk felülete kísérleteik során – ez a mindennapi vízsugarak másik érdekessége. A csapat most azt reméli, hogy a kísérleteket és szimulációkat kiterjesztik a vízen kívüli folyadékokra, valamint a bonyolultabb formájú fúvókákra is.
Most, hogy egy alapelméletet felállítottak, a jövőbeli kísérletek hasznos betekintést nyújthatnak az olyan alkalmazások széles körébe, ahol a folyadékokat elliptikus fúvókákból bocsátják ki, beleértve a tintasugaras nyomtatást és a kohászatot. A további kutatások új technikákhoz vezethetnek az égés hatékonyságának növelésére, a zaj elnyomására vagy a tolómotorok feletti vezérlés javítására. Máshol az eredmények segíthetnek a kutatóknak abban, hogy jobban megértsék bizonyos egészségügyi problémák, köztük az urológiai betegségek megjelenését és lehetséges kezelését.
A kutatás leírása a Fizikai felülvizsgálati folyadékok.
