병에서 물을 부으면 액체 흐름이 사슬 모양 구조를 취하는 경우가 많습니다. 이 기묘한 현상 뒤에 숨은 물리학은 한 세기가 넘도록 뜨거운 논쟁을 불러일으켰지만 이제 이 미스터리는 다음과 같은 실험을 통해 해결되었을 수도 있습니다. 앙투안 데블레, 암스테르담 대학교의 Daniel Bonn 및 Daniel Jordan, 파리 사클레 대학교의 Neil Ribe.
비원형 노즐에서 액체 방울이 떨어지면 서로 90° 방향으로 교대로 배열되는 넓고 편평하며 균일한 간격으로 배치된 액체 섹션의 파동을 형성할 수 있습니다. 이 부분은 더 얇은 액체 링크로 분리되어 구조가 체인과 비슷해집니다(그림 참조).
이 효과의 핵심은 제트가 나올 때 나타나는 비원통형 프로파일입니다. 표면 장력을 최소화하기 위해 제트는 원통형이 되려고 시도하지만 이 동작이 오버슛되어 프로파일 모양에 진동이 발생합니다.
그러나 이러한 진동이 어떻게 발생하는지 설명하는 두 이론 사이에는 오랫동안 의견 차이가 있었습니다. 한 가지 이론은 1879년 레일리 경(Lord Rayleigh)에 의해 제시되었고 1909년 닐스 보어(Niels Bohr)에 의해 수정되었습니다. 레일리의 이론은 진동을 선형 효과로 설명하는 반면, 보어의 이론은 진폭이 증가함에 따라 진동의 주파수를 감소시키는 비선형 효과를 도입합니다.
보어가 승리한다
지금까지 이들 이론 중 어느 것이 더 정확한 설명을 제공하는지 결정한 실험은 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Deblais 팀은 크기와 편심이 다양한 12개의 타원형 노즐 시리즈를 설계했습니다. 그런 다음 그들은 다양한 유량으로 노즐을 통해 물을 부을 때 형성된 사슬 구조의 주파수와 진폭을 모두 측정했습니다. 그들이 관찰한 패턴은 레일리의 예측과 약간 일치하지 않았지만 보어의 이론과 더 강력하게 일치했습니다.
수면에서 찾은 숨겨진 패턴
결과를 바탕으로 Deblais와 동료들은 액체 사슬 진동에 대한 수치 시뮬레이션을 구축했는데, 이는 다시 Bohr의 예측과 강력한 일치를 찾았습니다. 그들의 결과는 또한 실험 중에 각 제트기의 표면에 움푹 들어간 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다. 이는 일상적인 워터 제트기의 또 다른 흥미로운 특징입니다. 이제 팀은 물 이외의 액체와 더 복잡한 모양의 노즐을 고려하기 위해 실험과 시뮬레이션을 확장하기를 희망합니다.
이제 기본 이론이 확립되었으므로 향후 실험은 잉크젯 인쇄 및 야금을 포함하여 타원형 노즐에서 액체가 발사되는 다양한 응용 분야에서 유용한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 추가 연구를 통해 연소 효율을 높이고 소음을 억제하거나 추진기 제어를 개선하는 새로운 기술을 개발할 수도 있습니다. 다른 곳에서 이번 발견은 연구자들이 비뇨기과 질환을 포함한 특정 의학적 문제의 출현과 가능한 치료를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 물리적 검토 유체.
