Jika Anda menuangkan air dari botol, aliran cairan sering kali berbentuk struktur seperti rantai. Fisika di balik fenomena aneh ini telah diperdebatkan dengan hangat selama lebih dari satu abad, namun kini misteri ini mungkin telah terpecahkan melalui eksperimen yang dilakukan oleh ilmuwan. Antoine Deblais, Daniel Bonn dan Daniel Jordan di Universitas Amsterdam dan Neil Ribe di Universitas Paris-Saclay.
Ketika pancaran cairan jatuh dari nosel non-lingkaran, ia dapat membentuk gelombang bagian-bagian cairan yang lebar, rata, dan berjarak sama yang secara bergantian berorientasi pada sudut 90° satu sama lain. Bagian-bagian ini dipisahkan oleh ikatan cairan yang lebih tipis – sehingga membuat strukturnya menyerupai rantai (lihat gambar).
Inti dari efeknya adalah profil jet yang non-silinder saat muncul. Untuk meminimalkan tegangan permukaan, jet mencoba menjadi silinder, namun gerakan ini melampaui batas dan menghasilkan osilasi pada bentuk profil.
Namun, terdapat ketidaksepakatan lama antara dua teori yang menjelaskan bagaimana osilasi ini terjadi. Salah satu teori dikemukakan oleh Lord Rayleigh pada tahun 1879, dan kemudian dimodifikasi oleh Niels Bohr pada tahun 1909. Teori Rayleigh menggambarkan osilasi sebagai efek linier, sedangkan teori Bohr memperkenalkan efek nonlinier yang menurunkan frekuensi osilasi seiring dengan meningkatnya amplitudo.
Bohr menang
Hingga saat ini, belum ada eksperimen yang dapat menentukan teori mana yang memberikan deskripsi lebih akurat. Untuk mengatasi masalah ini, tim Deblais merancang serangkaian 12 nozel elips dengan berbagai ukuran dan eksentrisitas. Kemudian mereka mengukur frekuensi dan amplitudo struktur rantai yang terbentuk saat mereka menuangkan air melalui nozel dengan laju aliran yang bervariasi. Meskipun pola yang mereka amati sedikit berbeda dengan prediksi Rayleigh, pola tersebut lebih selaras dengan teori Bohr.
Pola tersembunyi ditemukan di permukaan air
Berdasarkan hasil penelitian mereka, Deblais dan rekannya membuat simulasi numerik osilasi rantai cairan – sekali lagi, mereka menemukan kesesuaian yang kuat dengan prediksi Bohr. Hasil penelitian mereka juga membantu menjelaskan mengapa permukaan setiap jet menjadi berlesung pipit selama percobaan mereka – fitur menarik lainnya dari jet air sehari-hari. Tim kini berharap dapat memperluas eksperimen dan simulasi untuk mempertimbangkan cairan selain air, serta nozel dengan bentuk yang lebih kompleks.
Kini teori dasar telah ditetapkan, percobaan di masa depan dapat menawarkan wawasan yang berguna dalam beragam aplikasi di mana cairan ditembakkan dari nozel elips, termasuk pencetakan ink-jet dan metalurgi. Penelitian lebih lanjut juga dapat mengarah pada teknik baru untuk meningkatkan efisiensi pembakaran, menekan kebisingan, atau meningkatkan kendali atas pendorong. Di tempat lain, temuan ini dapat membantu para peneliti untuk lebih memahami kemunculan dan kemungkinan pengobatan masalah medis tertentu, termasuk penyakit urologi.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Cairan Ulasan Fisik.
