18 октомври 2018
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Един феномен, занимавал да Винчи, може би най-сетне е обяснен

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 09 август 2018 в 09:0951381

Всеки път, когато отваряме крана на мивката, на дъното ѝ се образува кръг от разпръснати бързи струи, обграден от „стъпало” от пяна и турбулентни вихри, което се нарича хидравличен скок, а след него следва по-дълбока спокойна вода.

Известният изобретател и художник Леонардо да Винчи пръв документира феномена хидравличен скок през 16-ти век. Хидравличните скокове са безвредни в нашите домакински мивки, но в големите хидротехнически обекти носят огромна енергия, която трябва да се „угаси”, за да не се разрушат съоръженията.

През 19-ти век учените са смятали, че хидравличните скокове се появяват отчасти заради гравитацията. Най-накрая, през 1914 г., физикът лорд Рейли предполага, че за възникването на хидравличния скок играят роля вискозитетът, кинетичната и потенциалната енергия.

Статия, публикувана в списание Journal of Fluid Mechanics (достъпна в arХiv.org), определя, че кръговият хидравличен скок е "резултат от загуба на енергия единствено поради повърхностното напрежение и вискозните сили", а повърхностното напрежение никога не е отчитано като фактор досега.

Раджеш Бхагат (Rajesh Bhagat) от колежа "Сент Джон", Университет в Кеймбридж, водещ автор на статията, прави редица експерименти, за да се опита да разгадае вековната загадка. Той насочва струи вода нагоре и странично към плоски повърхности и върху тях се образуват едни и същи кръгови хидравлични скокове, както когато водата се пуска да тече надолу.

"Всички съществуващи теории налагат гравитацията като причина на хидравличния скок, което означава, че мястото на хидравличнния скок трябва да бъде зависимо от ориентацията на повърхността. Обаче наблюдавахме, че при едни и същи същите условия на потока вертикалното насочване на струята дава кръгов хидравличен скок с един и същ начален радиус, независимо от ориентацията на повърхността" - пишат авторите в статията.

Бхагат подозира, че всички тези хидравлични скокове се влияят от еднакви фактори - повърхностното напрежение и вискозитетът.

Като променя тези характеристики на водата, той успява точно да предвиди размера на хидравличните скокове, независимо от посоката, в която се движи водата.

Професор Пол Линден (Paul Linden), директор "Научни изследвания" към Катедрата по приложна математика и теоретична физика в Университета в Кеймбридж и автор на статията, описва констатациите на Бхагат като "новаторско изследване".

"Неговите експерименти и теории показват, че повърхностното напрежение на течността е ключът към процеса и този фактор никога преди не е бил взиман предвид, въпреки че проблемът е обсъждан още от Да Винчи и много други оттогава. Тази работа представлява забележително постижение в нашето разбиране на динамиката на тънките слоеве на флуидите". обяснява Линден. 

Бхагат прогнозира, че неговите констатации могат да имат широки последици за индустриите, които използват много вода.

"Да знаем как да манипулираме границата на хидравличния скок е много важно и сега с тази теория лесно можем да разширим или да свием тази граница. Разбирането на този процес има големи последици и би могло да намали драстично използването на промишлени води", коментира Бхагат.

Възможността да се игнорира ефектът на гравитацията и да се концентрира вниманието на инженерите върху повърхностното напрежение ще позволи да се използват други начини за манипулиране на хидравличния скок, например чрез добавяне на повърхностноактивни вещества.

В тези изследвания Университета в Кеймбридж има традиция. През 2003 г. Джон М. Буш (John W. M. Bush) и Джефри М. Аристоф (Jeffrey M. Aristoff) публикуват изследването "The influence of surface tension on the circular hydraulic jump" (Влиянието на повърхностното напрежение върху кръговия хидравличен скок).

Едно необходимо уточнение:

Този феномен е широко изследван в науката хидравлика. Той се среща често при открити течения като реки и преливници, изпускатели, бързотоци и енергогасители - навсякъде, където от зона с по-висока скорост и малка дълбочина се преминава в такава с по-ниска скорост и по-голяма дълбочина. В този случай първоначалната кинетична енергия на потока се превръща в потенциална енергия, като известно количество енергия се разсейва в турбуленцията.

Естествено, като важен елемент за изчисляването на редица хидротехнически съоръжения за всичките параметри на хидравличния скок има формули - енергия, дължина, спрегнати дълбочини, както и критериите за образуването и вида на скока.

Изчисляването на уравнението на хидравличния скок е осъществено още през 1838 г. от френския учен Жан-Баптист Беланже.

Естествено, като важен елемент за изчисляването на редица хидротехнически съоръжения за всичките му параметри има формули - енергия, дължина, спрегнати дълбочини, както и критериите за образуването и вида на скока.

При положение, че формулите за хидравличния скок са изяснени повече от век и са изградени милиони хидротехнически съоръжения по тях е малко трудно да се приеме, особено от инженерите в тази област, че може да се открие нещо революционно в теорията на едно от основните явления в хидравликата.

В новото проучване обаче се разглежда един частен случай на хидравличен скок, който не се среща в големите хидротехнически съоръжения - падаща струя върху повърхност без наклон и се търси отговора на въпроса "какво инициира хидравличен скок в тънък течен филм", тоест при минимална (под 1 мм) начална дълбочина на скока, при което се увеличава приноса на сили като повърхностното напрежение, а ролята на гравитацията (потенциалната енергия) става пренебрежима.


Препоръчани материали
vmv
Рейтинг : 1355
09.08 2018 в 11:27 1
+ 8
- 0
Последният абзац (но с наклон по "овална" форма) е важен ... за охлаждането на диня под струя чешмяна вода на кухненската мивка... С идеята, да не се хаби много вода.
 
Още от : Новини
Авокадото не е веганско!
15 октомври 2018 в 10:12
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.