Danga, galinti sumažinti vandens pasipriešinimą

„Laivai yra priversti iššvaistyti daugybę energijos, kuomet judėdami į priekį turi išstumti juos supantį vandenį, – pradeda pasakojimą elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius Jaroslavas Uržumovas (Yaroslav Urzhumov) iš Djuko universiteto Prato inžinerijos mokyklos. – Mūsų sukurtoji danga išstumiamo skysčio masę sugeba sumažinti iki minimumo“.

„Tai pavyksta padaryti priverčiant vandenį, esantį visur aplink dangą, užimti idealią rimties būseną, – pasakojimą tęsia profesorius. – Kadangi vanduo yra visiškai ramus, nebelieka šlyties jėgos, todėl objektui nebereikia paskui save traukti papildomo svorio. Taigi palyginę tokio paties dydžio įprastinę talpyklą ir atitinkamos formos naująją dangą, pamatytume, jog pastarajai reikia išstumti kur kas mažesnį vandens kiekį, todėl tai lemia teoriškai numatytą energetinio efektyvumo padidėjimą“.

Mokslininko darbas publikuotas žurnale „Physical Review Letters“. Tyrėjas Djuko universiteto laboratorijoje dirba kartu su elektros ir kompiuterių inžinerijos profesoriumi Deividu Smitu (David Smith).

Nors J. Uržumovo aprašyta danga skiriasi nuo kitų dangų (dar vadinamų „nematomaisiais apsiaustais“), kurios skirtos paslėpti objektus nuo šviesos ir garso bangų, ji sukurta remiantis tais pačiais principais – naudojant metamedžiagas.

Mokslininkas įsivaizduoja, jog realiai talpyklos korpusą reikėtų padengti akytomis medžiagomis, kurios primintų kietą kempinišką darinį – su skylutėmis ir angelėmis. Tuomet į šią medžiagą reikėtų strategiškai tiksliai sumontuoti mažyčius siurbliukus, kurie galėtų skirtingomis jėgomis veikti aptekantį vandenį.

„Pagrindinis šios konstrukcijos tikslas yra padaryti taip, kad vanduo, pratekantis per akytąją medžiagą, šią paliktų tekėdamas tokiu pačiu greičiu kaip vanduo, supantis talpyklą, – teigia J. Uržumovas. – Tokiu būdu vanduo, esantis už konstrukcijos, atrodytų susietas su pačia talpykla ir tai gerokai sumažintų energijos kiekį, reikalingą, kad judėdama talpykla pajėgtų išstumti didelius vandens kiekius“.

Nors anksčiau Djuko universitete sukonstruotosios dangos buvo pagamintos iš žmogaus sukurtų metamedžiagų, kurių pagrindas – lygiagrečios stiklo pluošto juostelės, išėsdintos variu, – J. Uržumovas mano, kad šiuo atveju reikėtų kitokios metamedžiagos rūšies.

„Mūsų atveju aš regiu akytą terpę, primenančią trimatę metalinių plokštelių gardelę, – teigia jis. – Jūs galite įsivaizduoti kubinę vielinių mentelių gardelę, kuri turi būti tinkamai orientuota, kad sukurtų pasipriešinimo ir keliamąsias jėgas, priklausančias nuo tekėjimo krypties. Be to, kai kurie šios gardelės elementai būtų aprūpinti skystį įgreitinančiais mikrosiurbliukais“.

Pasak profesoriaus, kuomet įprastinė talpykla juda skysčiu, ji tuo pačiu metu išstumia tiek vandens, kad šis tūris gerokai viršija pačios talpyklos tūrį. Šį reiškinį lemia tai, kad tokiame klampiame skystyje kaip vandenyje objektas negali pajudinti vieno skysčio sluoksnelio nepajudindamas visų kitų. Šlyties jėga labai veiksmingai objektui užkrauna papildomą vandens masę.

„Kuomet pririšę valu bandote tempti kokį nors objektą vandenyje, juk atrodo, jog šis yra kur kas sunkesnis nei yra iš tikrųjų, ar ne? – retoriškai klausia mokslininkas. – Taip yra todėl, kad jūs tuo pačiu traukiate papildomą vandens tūrį“.

Remdamasis tokia idėja, J. Uržumovas mano, jog energijos kiekis, kuris būtų reikalingas mikrosiurbliukų veikimui, turėtų būti gerokai mažesnis už energijos kiekį, reikalingą nepadengtos talpyklos judėjimui vandenyje. O tai leistų gerokai padidinti plaukimo efektyvumą.