במאה ה -16 תיאר לראשונה לאונרדו דה-וינצ'י תופעה מרתקת הכוללת מים שנודעו לימים כקפיצה הידראולית. ורק חמש מאות שנים מאוחר יותר, המדענים הסבירו סוף סוף מדוע זה קורה.
הקפיצה הזו אינה תכונה מעורפלת שנראית רק בפני מדענים. אתה פשוט צריך להיכנס למטבח שלך או לקפוץ למקלחת לראות אותו.
אם מדליקים ברז, שימו לב למה שקורה כשהמים פוגעים במשטח הכיור. הוא יוצר שכבה גבוהה של מים דקים, זורמים, עגולים ומוקפים בטבעת עבה ומרכזית של מים סוערים. קפיצה הידראולית מתייחסת לנקודה בה המים עולים ויוצרים את השכבה העבה יותר.
החל משנת 1819 עם המתמטיקאי האיטלקי ג'ורג'יו בידון, חוקרים רבים ניסו להסביר מה גורם למים לקפוץ בדרך זו. אבל כל ההסברים והמשוואות עד היום נשענו על כוח הכובד ככוח העיקרי, אמר הסופר הראשי ראג'ש ק. בהגט, מועמד לדוקטורט במחלקה להנדסה כימית וביוטכנולוגיה באוניברסיטת קיימברידג 'באנגליה.
כדי לשלול כוח הכבידה, ביצה וצוותו ביצעו ניסוי פשוט. הם פגעו במשטח אופקי שטוח עם סילון מים כדי ליצור קפיצה הידראולית פשוטה - אותו סוג הייתם רואים אם תדליק מים בכיור המטבח. אבל אז, הם הטו את המשטח הזה בדרכים שונות: אנכית, בזווית של 45 מעלות ואופקית - כך שבסופו של דבר סילון המים יפגע במשטח שהפך לתקרה. כדי לתפוס את הקפיצה הראשונית, הם תיעדו את מה שקרה במצלמות במהירות גבוהה.
בכל מקרה, הקפיצה ההידראולית התרחשה באותה נקודה. במילים אחרות, השכבה הפנימית הדקה והמהירה הייתה באותו גודל לא משנה באיזו כיוון המטוס היה. אם כוח הכבידה היה גורם לקפיצות, המים היו "מעוותים", באחד המטוסים מלבד זה האופקי. , אמר בהגט. "הניסוי הפשוט הזה מוכיח שזה הכל חוץ מכוח המשיכה."
התיאוריה החדשה לא מסתדרת בכוח המשיכה
כדי לחקור את הכוחות האחרים שהיו עשויים לשחק, החוקרים גוונו את צמיגות נחל המים - מדד כמה הוא יכול לעמוד בפני זרימה - על ידי ערבובו עם גליצרול, סוג של אלכוהול במתח פני השטח הדומה לזו של מים, אך זה צמיג פי אלף יותר מאשר מים.
הם גם שמרו על צמיגות קבועה והפחיתו את מתח השטח - הכוח האטרקטיבי המחזיק מולקולות נוזליות יחד על פני השטח - על ידי ערבוב של מרכיב נפוץ בדטרגנט הנקרא נתרן דודציל בנזן סולפונט (SDBS). לבסוף, הם שינו את הצמיגות ואת מתח השטח על ידי ערבוב של מים ופרופנול, סוג אחר של אלכוהול, כך שהתמיסה הייתה 25 אחוז יותר צמיגה ממים טהורים, אך הייתה מתח פני השטח חלש פי שלושה.
הדבר איפשר לחוקרים לבודד את השפעתו של כל כוח, אמר הסופר הבכיר איאן וילסון, פרופסור למוצקים ומשטחים רכים, אף הוא באוניברסיטת קיימברידג ', ל- Live Science.
העניין הוא להיות "מסוגלים לחזות היכן מתחיל המעבר הזה בין סרט דק לסרט עבה", אמר וילסון. הרבה מהתיאוריות הקודמות לא יכלו לעשות זאת, מכיוון שמיקום הקפיצה ההידראולית משתנה ברגע שהשכבה העבה פוגעת בקצה כלשהו, כמו קצה הכיור.
הקפיצה מתרחשת במקום בו הכוחות ממתח השטח והצמיגות מסתכמים ומאזנים את המומנטום ממטוס הנוזל, כך מצאו החוקרים.
לדעת היכן קפיצה זו מתרחשת לראשונה יכול להיות שיש יישומים בענף, אמר וילסון. השכבה הדקה שנוצרת לפני הקפיצה נושאת כוח הרבה יותר מכפי שעושה השכבה העבה יותר ובכך מייעלת את האזור הדק יותר בהעברת החום.
מטוסי מים במהירות גבוהה משמשים ליישומים תעשייתיים, כמו ניקוי בעיבוד חלב וקירור להבי טורבינת מטוסים או מוליכים למחצה סיליקון, אמר Bhagat. לעתים קרובות ביישומים אלה, סילוני מים לסירוגין יעילים יותר, אמר וילסון. כדי לשפר את היעילות של מטוסי הסירוג הללו, אתה צריך להיות מסוגל לחזות היכן קפיצות ההידראולי הראשוניות מתרחשות, אמר.
