Τον 16ο αιώνα, ο Leonardo da Vinci περιέγραψε για πρώτη φορά ένα συναρπαστικό φαινόμενο που αφορούσε νερό που αργότερα έγινε γνωστό ως υδραυλικό άλμα. Και μόλις πέντε αιώνες αργότερα, οι επιστήμονες εξήγησαν τελικά γιατί συμβαίνει αυτό.
Αυτό το άλμα δεν είναι κάποια σκοτεινή ιδιότητα που είναι ορατή μόνο στους επιστήμονες. Απλά πρέπει απλά να περπατήσετε στην κουζίνα σας ή να μπείτε στο ντους για να το δείτε.
Εάν ενεργοποιήσετε μια βρύση, παρατηρήστε τι συμβαίνει καθώς το νερό χτυπά την επιφάνεια του νεροχύτη. Δημιουργεί ένα πολύ λεπτό, γρήγορο, κυκλικό στρώμα νερού που περιβάλλεται από έναν παχύτερο, ομόκεντρο δακτύλιο του τυρβώδους νερού. Ένα υδραυλικό άλμα αναφέρεται στο σημείο όπου το νερό ανεβαίνει και σχηματίζει το παχύτερο στρώμα.
Ξεκινώντας το 1819 με τον Ιταλό μαθηματικό Giorgio Bidone, πολλοί ερευνητές προσπάθησαν να εξηγήσουν τι προκαλεί το νερό να πηδήξει με αυτό τον τρόπο. Όμως, όλες οι εξηγήσεις και οι εξισώσεις μέχρι σήμερα έχουν επικεντρωθεί στη βαρύτητα ως κύρια δύναμη, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Rajesh K. Bhagat, υποψήφιος διδακτορικός στο τμήμα της χημικής μηχανικής και της βιοτεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο του Cambridge στην Αγγλία.
Για να αποκλείσει τη βαρύτητα, ο Bhagat και η ομάδα του πραγματοποίησαν ένα απλό πείραμα. Θα χτυπήσει μια επίπεδη, οριζόντια επιφάνεια με ένα πίδακα νερού για να δημιουργήσετε ένα απλό υδραυλικό άλμα - το ίδιο είδος που θα δείτε αν γυρίσατε στο νερό στο νεροχύτη της κουζίνας. Στη συνέχεια, όμως, έχουν κλίση στην επιφάνεια αυτή με διάφορους τρόπους: κατακόρυφα, σε γωνία 45 μοιρών και οριζόντια - έτσι ώστε, τελικά, ο πίδακας νερού να χτυπήσει μια επιφάνεια που έγινε οροφή. Για να καταγράψουν το αρχικό άλμα, κατέγραψαν τι συνέβη με κάμερες υψηλής ταχύτητας.
Σε κάθε περίπτωση, το υδραυλικό άλμα συνέβη στο ίδιο σημείο. Με άλλα λόγια, το λεπτό, ταχέως μετακινούμενο εσωτερικό στρώμα είχε το ίδιο μέγεθος, ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό του αεροπλάνου. Εάν η βαρύτητα είχε προκαλέσει τα άλματα, το νερό θα είχε «παραμορφωθεί» σε οποιοδήποτε από τα επίπεδα εκτός από την οριζόντια , Είπε ο Μπάγκατ. "Αυτό το απλό πείραμα αποδεικνύει ότι είναι κάτι άλλο εκτός από τη βαρύτητα."
Η νέα θεωρία δεν μειώνεται με τη βαρύτητα
Για να μελετήσουν τις άλλες δυνάμεις που θα μπορούσαν να βρίσκονται στο παιχνίδι, οι ερευνητές διέφεραν το ιξώδες της ροής του νερού - ένα μέτρο πόσο μπορεί να αντισταθεί στη ροή - αναμειγνύοντάς το με γλυκερόλη, ένα είδος αλκοόλ με επιφανειακή τάση παρόμοια με το νερό, αλλά που είναι 1.000 φορές πιο παχύρρευστο από το νερό.
Διατηρούσαν επίσης σταθερό το ιξώδες και μείωσαν την επιφανειακή τάση - την ελκυστική δύναμη που συγκρατεί τα υγρά μόρια στην επιφάνεια - με ανάμιξη σε ένα κοινό συστατικό σε απορρυπαντικό που ονομάζεται δωδεκυλοβενζολοσουλφονικό νάτριο (SDBS). Τέλος, διέφεραν τόσο το ιξώδες όσο και η επιφανειακή τάση με ανάμιξη νερού και προπανόλης, ένα άλλο είδος αλκοόλης, έτσι ώστε το διάλυμα να είναι 25% πιο παχύρρευστο από το καθαρό νερό αλλά είχε επιφανειακή τάση τρεις φορές ασθενέστερη.
Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να απομονώσουν την επιρροή κάθε δύναμης, ο ανώτερος συγγραφέας Ian Wilson, καθηγητής μαλακών στερεών και επιφανειών, επίσης στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, είπε στη Live Science.
Το θέμα είναι να είμαστε "σε θέση να προβλέψουμε πού ξεκινά αυτή η μετάβαση ανάμεσα σε μια λεπτή μεμβράνη και μια παχιά ταινία", δήλωσε ο Wilson. Πολλές από τις προηγούμενες θεωρίες δεν μπορούσαν να το κάνουν αυτό, επειδή η θέση του υδραυλικού άλματος αλλάζει μόλις το παχύ στρώμα χτυπήσει κάποιο είδος άκρης, όπως η άκρη του νεροχύτη.
Το άλμα συμβαίνει στο σημείο όπου οι δυνάμεις από την επιφανειακή τάση και το ιξώδες συσσωρεύονται και εξισορροπούν την ορμή από το υγρό πίδακα, οι συγγραφείς βρήκαν.
Το να γνωρίζουμε πού θα εμφανιστεί το πρώτο άλμα θα μπορούσε να έχει εφαρμογές στη βιομηχανία, δήλωσε ο Wilson. Το λεπτό στρώμα που σχηματίζεται πριν από το άλμα φέρνει πολύ μεγαλύτερη δύναμη από το παχύτερο στρώμα, κάνοντας έτσι την πιο λεπτή περιοχή πιο αποτελεσματική στη μεταφορά θερμότητας.
Οι υψηλής ταχύτητας πίδακες νερού χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές, όπως ο καθαρισμός στην επεξεργασία γάλακτος και η ψύξη των αεροστροβίλων αεροσκαφών ή των ημιαγωγών πυριτίου, δήλωσε ο Bhagat. Συχνά σε αυτές τις εφαρμογές, οι διαλείπουσες πίδακες νερού είναι πιο αποδοτικές, δήλωσε ο Wilson. Για να βελτιώσετε την αποτελεσματικότητα αυτών των διαλείπων πιδάκων, πρέπει να είστε σε θέση να προβλέψετε πού συμβαίνουν τα αρχικά υδραυλικά άλματα, είπε.
