Блог компании ua-hosting.company. Знаменитая поговорка «вода и камень точит» говорит о том, как даже самые малозаметные, но постоянные и настойчивые действия могут в последствии иметь значимый эффект. Однако это фигуральное выражение имеет под собой вполне реальный процесс, который обусловлен теми или иными физическими и/или химическими свойствами материалов.

Ученые из Миннесотского университета (США) решили выяснить, что именно происходит, когда капли воды падают на твердую поверхность. Как именно вода побеждает камень, какие скрытые силы действуют в момент их взаимодействия, и как полученные из наблюдений данные можно применить в будущем? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

В далеком пятом веке до н.э. древнекитайский философ Лао-цзы отметит способность воды разрушать твердые вещества. Это наблюдение породило знаменитую поговорку, дожившую и до наших дней.

Изображение №1

Технологический прогресс привел к тому, что ученые начали проявлять интерес к процессам и явлениям, которые ранее либо невозможно было изучить детально, либо они казались незначительными и неважными. К примеру, появление высокоскоростной съемки позволило лучше понять, что происходит в момент падения капли на какую-то поверхность.

Однако, как отмечают ученые, ограничиваясь прямой визуализацией, большинство текущих исследований были сосредоточены на кинематике падающих капель (порог разбрызгивания, максимальный диаметр растекания и время контакта), а также на формирование амортизирующих слоев воздуха под каплями. При этом было проведено очень мало экспериментов по изучению динамических свойств «ударных» капель, которые непосредственно ответственны за эрозию, вызванную падением капель на материал.

В попытках заполнить этот пробел в знаниях ученые выяснили, что необычная способность ударной капли вызывать эрозию не может быть связана только с ее ударной силой, поскольку максимальная ударная сила, вызванная миллиметровой каплей воды, падающей вблизи ее конечной скорости, очень мала. Стоит также учесть и растекание капли, от чего среднее ударное давление капли будет еще меньше.

Таким образом, вместо силы удара или средних ударных напряжений (в данном случае имеется ввиду именно механическое напряжение, которое выражает внутренние силы, которые соседние частицы в непрерывной среде оказывают друг на друга) эрозионная способность удара капли должна быть обусловлена уникальной пространственно-временной структурой ее ударных напряжений, а также динамической реакцией ударяемых подложек на такие напряжения.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые продемонстрировали новый метод — высокоскоростную микроскопию напряжений, позволяющую измерить ударное напряжение при контакте капли с твердой эластичной подложкой. Для реализации задуманного ученые использовали комбинацию различных методов визуализации: тяговая силовая микроскопия, высокоскоростная фотография и лазерно-листовая (одноплоскостная) микроскопия. Совокупность использованных инструментов позволяет отображать временную эволюцию распределения давления и напряжения сдвига под каплями миллиметрового размера во время быстрых ударов с большим пространственно-временным разрешением.