ТеорФизика
Стерлитамакский филиал БашГУ
Регистрация | Вход
Главная » 2007 » Сентябрь » 17
Падая в воду, стальной шарик увлекает за собой воздушный пузырек. Оказывается, поверхность этого пузырька покрывается рябью с удивительными свойствами.
Течение жидкости, поведение капель, струй и пузырей изучается уже не одно столетие, но несмотря на это новые открытия в гидродинамике регулярно появляются и в наши дни. И для этого не требуется особенно сложное оборудование — порой достаточно взять высокоскоростную видеокамеру и рассмотреть во всех деталях какой-нибудь быстро протекающий процесс.
Очередное исследование такого типа появилось на днях в журнале Physical Review Letters. Ученые из Стэнфордского университета (Stanford University) и Университета штата Пенсильвания (Pennsylvania State University) бросали в воду маленькие стальные шарики и снимали происходящее на камеру (использовалась камера Phantom v5.0, Vision Research, в режиме 2000 кадров/сек). Одновременно с этим гидрофоны записывали звуковые сигналы, а также велся мониторинг давления в жидкости.
Наблюдения показали, что, если стальной шарик входит в воду на скорости более 1 м/с, происходит цепь интересных событий. Вначале шарик «выбивает» в воде узкую воздушную воронку. Эта воронка начинает сжиматься и смыкается примерно посередине высоты. Именно в этот момент раздается наиболее громкий «бульк». Нижняя половинка воронки становится после этого длинным и узким воздушным пузырем, который устремляется вниз за шариком.
Всё это было известно и раньше. Однако авторы этой работы заметили и новое интересное явление: на стенках воздушного пузыря отчетливо видна рябь. Самое поразительное ее свойство состоит в том, что воздушный пузырь стремительно движется вниз, вслед за шариком, однако рябь при этом стоит на месте. Это хорошо видно на серии снимков, сделанных через одинаковые промежутки времени и расположенных друг рядом с другом.
Изучив это явление подробнее, авторы обнаружили, что эта рябь начинается строго в тот момент, когда воздушная воронка смыкается, «запечатывая» пузырек воздуха (этому моменту соответствует первый кадр из серии фотографий). Как показали датчики, в это мгновение давление в пузырьке резко повышается, и, по мнению авторов, именно этот удар его дестабилизирует. Более того, обнаружилась связь между скоростью движения шарика, высотой издаваемого звука и длиной волны ряби. Проведенные авторами теоретические расчеты формы пузырька после его «запечатывания» в общих чертах подтверждают эти наблюдения.
Впрочем, на некоторые вопросы у авторов работы пока не нашлось ответа. Например, повторив опыты с маленькими тефлоновыми шариками, авторы с удивлением обнаружили, что рябь в этом случае обладает чрезвычайно странной формой (см. рисунок). Как образуется такая рябь и почему вообще форма ряби должна зависеть от материала, остается пока не понятым.
Источник: T. Grumstrup, J. B. Keller, A. Belmonte. Cavity Ripples Observed during the Impact of Solid Objects into Liquids // Physical Review Letters, 99, 114502 (12 September 2007); статья свободно доступна на сайте одного из авторов (Pdf, 450 Кб).
Источник материала: Элементы
');
} else if( response.status ) {
if( response.status == 'message_spam' ) {
context.elem.text(uCoz.spam.sign.notSpam).attr('data-not-spam', '1');
var toggle = $('#report-spam-toggle-wrapper-' + response.message_id);
if( toggle.length ) {
toggle.find('.report-spam-toggle-text').text(uCoz.spam.sign.hidden);
toggle.find('.report-spam-toggle-button').text(uCoz.spam.sign.show);
} else {
toggle = $('
Обнаружены новые свойства воздушных пузырьков, возникающих при падении маленьких тел в воду
17.09.2007 1383 0.0 admin
 |
|
Стальной шарик, попадая в воду, увлекает за собой длинный воздушный пузырь. Возникающая на поверхности этого пузыря рябь поразительным образом не движется вместе с ним, а стоит на месте (изображение из обсуждаемой статьи) |
Падая в воду, стальной шарик увлекает за собой воздушный пузырек. Оказывается, поверхность этого пузырька покрывается рябью с удивительными свойствами.
Течение жидкости, поведение капель, струй и пузырей изучается уже не одно столетие, но несмотря на это новые открытия в гидродинамике регулярно появляются и в наши дни. И для этого не требуется особенно сложное оборудование — порой достаточно взять высокоскоростную видеокамеру и рассмотреть во всех деталях какой-нибудь быстро протекающий процесс.
Очередное исследование такого типа появилось на днях в журнале Physical Review Letters. Ученые из Стэнфордского университета (Stanford University) и Университета штата Пенсильвания (Pennsylvania State University) бросали в воду маленькие стальные шарики и снимали происходящее на камеру (использовалась камера Phantom v5.0, Vision Research, в режиме 2000 кадров/сек). Одновременно с этим гидрофоны записывали звуковые сигналы, а также велся мониторинг давления в жидкости.
Наблюдения показали, что, если стальной шарик входит в воду на скорости более 1 м/с, происходит цепь интересных событий. Вначале шарик «выбивает» в воде узкую воздушную воронку. Эта воронка начинает сжиматься и смыкается примерно посередине высоты. Именно в этот момент раздается наиболее громкий «бульк». Нижняя половинка воронки становится после этого длинным и узким воздушным пузырем, который устремляется вниз за шариком.
Всё это было известно и раньше. Однако авторы этой работы заметили и новое интересное явление: на стенках воздушного пузыря отчетливо видна рябь. Самое поразительное ее свойство состоит в том, что воздушный пузырь стремительно движется вниз, вслед за шариком, однако рябь при этом стоит на месте. Это хорошо видно на серии снимков, сделанных через одинаковые промежутки времени и расположенных друг рядом с другом.
 |
|
Рябь, образующаяся при падении в воду тефлонового шарика, имеет очень странную, пока не объясненную форму (изображение из обсуждаемой статьи) |
Изучив это явление подробнее, авторы обнаружили, что эта рябь начинается строго в тот момент, когда воздушная воронка смыкается, «запечатывая» пузырек воздуха (этому моменту соответствует первый кадр из серии фотографий). Как показали датчики, в это мгновение давление в пузырьке резко повышается, и, по мнению авторов, именно этот удар его дестабилизирует. Более того, обнаружилась связь между скоростью движения шарика, высотой издаваемого звука и длиной волны ряби. Проведенные авторами теоретические расчеты формы пузырька после его «запечатывания» в общих чертах подтверждают эти наблюдения.
Впрочем, на некоторые вопросы у авторов работы пока не нашлось ответа. Например, повторив опыты с маленькими тефлоновыми шариками, авторы с удивлением обнаружили, что рябь в этом случае обладает чрезвычайно странной формой (см. рисунок). Как образуется такая рябь и почему вообще форма ряби должна зависеть от материала, остается пока не понятым.
Источник: T. Grumstrup, J. B. Keller, A. Belmonte. Cavity Ripples Observed during the Impact of Solid Objects into Liquids // Physical Review Letters, 99, 114502 (12 September 2007); статья свободно доступна на сайте одного из авторов (Pdf, 450 Кб).
Игорь Иванов
Источник материала: Элементы
Комментариев: 0
' + uCoz.spam.sign.hidden + ' ' + uCoz.spam.sign.show + '
').hide().insertBefore(context.target);
uCoz.spam.handleDOM(toggle);
};
context.target.addClass('report-spam-hidden').fadeOut('fast', function() {
toggle.fadeIn('fast');
});
} else if( response.status == 'message_not_spam' ) {
context.elem.text(uCoz.spam.sign.spam).attr('data-not-spam', '0');
$('#report-spam-toggle-wrapper-' + response.message_id).fadeOut('fast');
$('#' + uCoz.spam.config.idPrefix + response.message_id).removeClass('report-spam-hidden').show();
} else if( response.status == 'admin_message_not_spam' ) {
elem.text(uCoz.spam.sign.admSpam).attr('title', uCoz.spam.sign.admSpamTitle).attr('data-not-spam', '0');
} else if( response.status == 'admin_message_spam' ) {
elem.text(uCoz.spam.sign.admNotSpam).attr('title', uCoz.spam.sign.admNotSpamTitle).attr('data-not-spam', '1');
} else {
alert('uCoz.spam.report: unknown status: ' + response.status);
};
} else {
context.target.remove(); // no status returned by the server - remove message (from DOM).
};
}, { elem: elem, target: target, height: height, margin: margin });
return false;
};
uCoz.spam.handleDOM = function(within) {
within = $(within || 'body');
within.find('.report-spam-wrap').each(function() {
var elem = $(this);
elem.parent().prepend(elem);
});
within.find('.report-spam-toggle-button').not('.report-spam-handled').click(function(event) {
if( event.preventDefault ) event.preventDefault();
var elem = $(this);
var wrapper = elem.parents('.report-spam-toggle-wrapper');
var text = wrapper.find('.report-spam-toggle-text');
var target = elem.attr('data-target');
target = $(target);
target.slideToggle('fast', function() {
if( target.is(':visible') ) {
wrapper.addClass('report-spam-toggle-shown');
text.text(uCoz.spam.sign.shown);
elem.text(uCoz.spam.sign.hide);
} else {
wrapper.removeClass('report-spam-toggle-shown');
text.text(uCoz.spam.sign.hidden);
elem.text(uCoz.spam.sign.show);
};
});
return false;
}).addClass('report-spam-handled');
within.find('.report-spam-remove').not('.report-spam-handled').click(function(event) {
if( event.preventDefault ) event.preventDefault();
var messageID = $(this).attr('data-message-id');
del_item(messageID, 1);
return false;
}).addClass('report-spam-handled');
within.find('.report-spam-btn').not('.report-spam-handled').click(uCoz.spam.reportDOM).addClass('report-spam-handled');
window.console && console.log && console.log('uCoz.spam.handleDOM: done.');
try { if (uCoz.manageCommentControls) { uCoz.manageCommentControls() } } catch(e) { window.console && console.log && console.log('manageCommentControls: fail.'); }
return this;
};
uCoz.spam.handleDOM();
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
[ Регистрация | Вход ]