Če izlijete vodo iz steklenice, bo tok tekočine pogosto imel verigasto strukturo. O fiziki, ki stoji za tem nenavadnim pojavom, se že več kot stoletje razpravlja, toda zdaj so to skrivnost morda rešili poskusi Antoine Deblais, Daniel Bonn in Daniel Jordan na Univerzi v Amsterdamu ter Neil Ribe na Univerzi Paris-Saclay.
Ko curek tekočine pade iz nekrožne šobe, lahko tvori val širokih, sploščenih in enakomerno razporejenih delov tekočine, ki so drug proti drugemu izmenično usmerjeni pod kotom 90°. Ti deli so ločeni s tanjšimi členi tekočine, zaradi česar je struktura podobna verigi (glej sliko).
V središču učinka je necilindričen profil curka, ko se pojavi. Da bi zmanjšal površinsko napetost, skuša curek postati valj, vendar to gibanje preseže in povzroči nihanje v obliki profila.
Vendar obstaja dolgotrajno nesoglasje med dvema teorijama, ki opisujeta, kako pride do teh nihanj. Eno teorijo je predstavil Lord Rayleigh leta 1879, nato pa jo je spremenil Niels Bohr leta 1909. Rayleighova teorija opisuje nihanje kot linearni učinek, medtem ko Bohrova teorija uvaja nelinearne učinke, ki zmanjšujejo frekvenco nihanj, ko se njihova amplituda povečuje.
Bohr zmaga
Do zdaj noben poskus ni ugotovil, katera od teh teorij ponuja natančnejši opis. Da bi rešili to težavo, je Deblaisova ekipa oblikovala serijo 12 eliptičnih šob z različnimi velikostmi in ekscentričnostmi. Nato so izmerili tako frekvence kot amplitude verižnih struktur, ki so nastale, ko so vlivali vodo skozi šobe pri različnih stopnjah pretoka. Čeprav se vzorci, ki so jih opazili, nekoliko niso strinjali z Rayleighovimi napovedmi, so se bolj uskladili z Bohrovo teorijo.
Skriti vzorci, najdeni na površini vode
Na podlagi svojih rezultatov so Deblais in sodelavci izdelali numerične simulacije nihanj tekoče verige – spet so ugotovili, da se močno ujemajo z Bohrovimi napovedmi. Njihovi rezultati prav tako pomagajo razložiti, zakaj je površina vsakega curka med njihovimi poskusi postala vdolbina – še ena zanimiva značilnost vsakodnevnih vodnih curkov. Ekipa zdaj upa, da bo poskuse in simulacije razširila na tekočine, ki niso voda, pa tudi na šobe z bolj zapletenimi oblikami.
Zdaj, ko je bila vzpostavljena osnovna teorija, bi lahko prihodnji poskusi ponudili koristne vpoglede v različne aplikacije, kjer se tekočine izstreljujejo iz eliptičnih šob, vključno z brizgalnim tiskanjem in metalurgijo. Nadaljnje raziskave bi lahko vodile tudi do novih tehnik za izboljšanje učinkovitosti zgorevanja, dušenje hrupa ali izboljšanje nadzora nad potisnimi motorji. Drugje bi lahko ugotovitve pomagale raziskovalcem bolje razumeti nastanek in možno zdravljenje nekaterih zdravstvenih težav, vključno z urološkimi boleznimi.
Raziskava je opisana v Tekočine za fizični pregled.
