Nếu bạn đổ nước ra khỏi chai, dòng chất lỏng thường có cấu trúc giống như dây chuyền. Cơ sở vật lý đằng sau hiện tượng kỳ lạ này đã được tranh luận sôi nổi trong hơn một thế kỷ, nhưng giờ đây bí ẩn này có thể đã được giải quyết bằng các thí nghiệm được thực hiện bởi Antoine Deblais, Daniel Bonn và Daniel Jordan tại Đại học Amsterdam và Neil Ribe tại Đại học Paris-Saclay.
Khi một tia chất lỏng rơi xuống từ một vòi phun không tròn, nó có thể tạo thành một làn sóng gồm các phần chất lỏng rộng, dẹt và cách đều nhau, được định hướng xen kẽ nhau một góc 90°. Các phần này được ngăn cách bởi các liên kết chất lỏng mỏng hơn - làm cho cấu trúc giống như một chuỗi (xem hình).
Trọng tâm của hiệu ứng này là hình dáng phi hình trụ của dòng tia khi nó xuất hiện. Để giảm thiểu sức căng bề mặt, tia phản lực cố gắng trở thành một hình trụ, nhưng chuyển động này vượt quá giới hạn và dẫn đến sự dao động trong hình dạng biên dạng.
Tuy nhiên, có sự bất đồng lâu dài giữa hai lý thuyết mô tả cách thức những dao động này xảy ra. Một lý thuyết được Lord Rayleigh đưa ra vào năm 1879, và sau đó được Niels Bohr sửa đổi vào năm 1909. Lý thuyết của Rayleigh mô tả sự dao động như một hiệu ứng tuyến tính, trong khi lý thuyết của Bohr đưa ra những hiệu ứng phi tuyến làm giảm tần số dao động khi biên độ của chúng tăng lên.
Bohr thắng
Cho đến nay, chưa có thí nghiệm nào xác định lý thuyết nào trong số này đưa ra mô tả chính xác hơn. Để giải quyết vấn đề này, nhóm của Deblais đã thiết kế một loạt 12 vòi phun hình elip với kích thước và độ lệch tâm khác nhau. Sau đó, họ đo cả tần số và biên độ của các cấu trúc chuỗi hình thành khi họ đổ nước qua các vòi phun ở các tốc độ dòng chảy khác nhau. Mặc dù những mô hình mà họ quan sát được có chút khác biệt với những dự đoán của Rayleigh, nhưng chúng lại phù hợp chặt chẽ hơn với lý thuyết của Bohr.
Các mô hình ẩn được tìm thấy trên mặt nước
Dựa trên kết quả của họ, Deblais và các cộng sự đã xây dựng những mô phỏng số về dao động của chuỗi chất lỏng – một lần nữa, tìm ra sự phù hợp mạnh mẽ với các tiên đoán của Bohr. Kết quả của họ còn giúp giải thích tại sao bề mặt của mỗi tia nước trở nên lõm xuống trong các thí nghiệm của họ – một đặc điểm thú vị khác của các tia nước hàng ngày. Đội nghiên cứu hiện hy vọng sẽ mở rộng các thí nghiệm và mô phỏng để xem xét các chất lỏng khác ngoài nước, cũng như các vòi phun có hình dạng phức tạp hơn.
Giờ đây, lý thuyết cơ bản đã được thiết lập, các thí nghiệm trong tương lai có thể mang lại những hiểu biết hữu ích trong nhiều ứng dụng đa dạng trong đó chất lỏng được bắn ra từ các vòi phun hình elip, bao gồm cả in phun mực và luyện kim. Nghiên cứu sâu hơn cũng có thể dẫn đến các kỹ thuật mới để nâng cao hiệu suất đốt cháy, giảm tiếng ồn hoặc cải thiện khả năng kiểm soát động cơ đẩy. Ở những nơi khác, những phát hiện này có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về sự xuất hiện và khả năng điều trị một số vấn đề y tế, bao gồm cả các bệnh về tiết niệu.
Nghiên cứu được mô tả trong Đánh giá vật lý.
