Atsukite vandens čiaupą ir pamatysite reiškinį, dėl kurio pasaulio mokslininkai laužė galvas 500 metų: tai ko nesuprato net ir pats da Vinčis, dabar bando paaiškinti Kembridžo universiteto fizikas (Video)

Iš tiesų hidraulinis šuolis mums yra toks įprastas dalykas, kad mes net pamirštame, jog tiksliai nesuprantame, kaip jis susiformuoja.

Atsukite vandens čiaupą ir žiūrėkite, kaip kriauklės dugne pradeda kauptis vanduo. Susidariusios „balos“ kraštuose vanduo lėtėja, o viduryje susidaro tarsi aikštelė su bangele krašte, kuri nekeičia savo pozicijos, kol kriauklė neprisipildo galutinai. Būtent ši bangelė ir vadinama hidrauliniu šuoliu.

Tokį patį dalyką galima pastebėti užtvankose, vandens kriokliuose ar potvynių kanaluose – praktiškai bet kur, kur susiduria skirtingu greičiu tekančios srovės. Be abejo, šio reginio grožis 500 metų kėlė ir filosofinius klausimus, tačiau pirmasis žinomas kartas, kai buvo detaliai svarstoma, kaip elgiasi vanduo, kai egzistuoja kelių rūšių skysčio srovės, buvo Leonardo „užrašuose apie vandens prigimtį“.

Ir jam tai buvo tiesiog vandens prigimtis, kodėl jis taip elgiasi – Renesanso mokslininkas neturėjo jokio kito paaiškinimo. Vėliau matematinius skaičiavimus į visą šį reikalą įterpė keli mokslininkai – XVIII a. italų fizikas Giovanni Battista Guglielmini ir italų matematikas George Bidone. Tačiau ir jie nesistengė išsiaiškinti, kaip viskas vyksta.

Galiausiai, 1914-aisiais fizikas su įspūdingu vardu – Johnas Williamas Struttas, trečiasis Rayleigh baronas – savo darbe pateikė siūlomą paaiškinimą, kuriame figūravo klampumas, kinetinė energija ir potencinė energija. Tuo tarpu paviršiaus įtampa „be abejo vaidina svarbią rolę, bet jos įtaka gali būti sumažinama padidinant srovę, o taip pat daug lemti gali ir talpos gylis“, – rašė baronas.

Vėlesni mokslininkai taip pat įvertino paviršiaus įtampą kaip svarbią ir pamėgo modelius, aprašančius sąryšį tarp greičiau tekančio skysčio spindulio ir hidraulinio šuolio aukščio kaip klampumo, inercijos ir gravitacijos kombinaciją. Kai vanduo teka per paviršių, trintis nugali inerciją ir pristabdo skystį. Jei greičio pokytis pakankamai staigus, susidaro smūginė banga, kurioje skystis per nedidelį atstumą susikaupia į bangelę.

Bangelės aukštis, manoma, priklauso nuo potencinės energijos kiekio, kurį sukuria vandens masė. Kurį laiką buvo svarstoma ir kokią įtaką bangelės aukščiui daro gravitacija – tad ginčai da Vinci dominusia tema nesibaigia iki šiol. Ir štai, naujausiame tyrime cheminės inžinerijos tyrėjas Rajeshas Bhagatas mano, kad ankstesni mokslininkai pernelyg greitai nuvertino paviršiaus įtampą.

„Pademonstravome, kad bangelę sukuria paviršiaus įtampa ir klampumo jėga, o gravitacija nevaidina jokios rolės“, – sako mokslininkas. Ignoruojant gravitacijos efektą ir ir susitelkiant į paviršiaus įtampą, galima ir kitais būdais manipuliuoti hidrauliniu šuoliu, – pavyzdžiui, pridedant įvairias paviršinio aktyvumo medžiagas.

“Šio proceso suvokimas gali atnešti daug naudos – pavyzdžiui, drastiškai sumažinti vandens sunaudojimą gamyboje, – įsitikinęs R.Bhagatas. – Žmonės šią teoriją gali panaudoti kad ir pačių įvairiausių dalykų plovimui – pradedant automobiliais ir baigiant gamykline įranga“. Sunku pasakyti, ar šiuo atradimu būtų sužavėtas lordas Rayleighas. Bet norisi galvoti, kad bent jau Leonardo da Vinci būtų laimingas – galų gale mes daugiau sužinojome apie vandens prigimtį.

Parengta pagal „Science Alert“.