U 16. stoljeću, Leonardo da Vinci prvi je opisao fascinantan fenomen koji uključuje vodu, a koji je kasnije postao poznat kao hidraulični skok. I tek pet stoljeća kasnije, znanstvenici su napokon objasnili zašto se to događa.
Ovaj skok nije neko nejasno svojstvo koje je vidljivo samo znanstvenicima. Zaista trebate samo ući u svoju kuhinju ili uskočiti u tuš da biste to vidjeli.
Ako uključite slavinu, primijetite što se događa kada voda udari u površinu sudopera. Stvara vrlo tanak, brzo tekući, kružni sloj vode okružen debljim, koncentričnim prstenom turbulentne vode. Hidraulički skok odnosi se na mjesto gdje se voda uzdiže i tvori deblji sloj.
Počevši 1819. s talijanskim matematičarom Giorgiom Bidonom, mnogi su istraživači pokušali objasniti što uzrokuje da voda na taj način skače. Ali sva dosadašnja objašnjenja i jednadžbe oslanjale su se na gravitaciju kao glavnu silu, rekao je glavni autor Rajesh K. Bhagat, doktorski kandidat na odsjeku za kemijsko inženjerstvo i biotehnologiju na Sveučilištu Cambridge u Engleskoj.
Kako bi isključili gravitaciju, Bhagat i njegov tim izveli su jednostavan eksperiment. Udaraju ravnu vodoravnu površinu mlazom vode kako bi stvorili jednostavan hidraulični skok - istu vrstu kakvu biste vidjeli da ste uključili vodu na kuhinjskom sudoperu. Ali tada su tu površinu naginjali na različite načine: okomito, pod kutom od 45 stupnjeva i vodoravno - da bi na kraju mlaz vode pogodio površinu koja je postala strop. Kako bi zabilježili početni skok, zabilježili su što se dogodilo s kamerama velike brzine.
U svakom se slučaju hidraulički skok dogodio u istoj točki. Drugim riječima, tanak, brzo pokretni unutarnji sloj bio je iste veličine bez obzira u kojoj je orijentaciji bila ravnina. Da je gravitacija uzrokovala skokove, voda bi se "iskrivila" u bilo kojoj od ravnina osim horizontalne , Rekao je Bhagat. "Ovaj jednostavan eksperiment dokazuje da je to samo gravitacija."
Nova teorija nije s gravitacijom
Da bi proučili ostale sile koje su se možda igrale, istraživači su varirali viskoznost vodotoka - mjeru koliko može odoljeti protoku - miješajući ga s glicerolom, vrstom alkohola s površinskom napetošću sličnom vodenom, ali to je 1000 puta više viskozno od vode.
Oni su također održavali konstantnu viskoznost i smanjivali površinsku napetost - privlačnu silu koja drži molekule tekućina na površini - miješanjem zajedničkog sastojka u deterdžentu nazvanom natrijev dodecil-benzen-sulfonat (SDBS). Konačno, mijenjali su i viskoznost i površinsku napetost miješajući vodu i propanol, drugu vrstu alkohola, tako da je otopina bila 25 posto viskoznija od čiste vode, ali je površinska napetost bila tri puta slabija.
To je omogućilo istraživačima da izoliraju utjecaj svake sile, rekao je za Live Science stariji autor Ian Wilson, profesor mekih čvrstih čestica i površina, također na Sveučilištu u Cambridgeu.
Poanta je u tome "moći predvidjeti gdje počinje taj prijelaz između tankog i debelog filma", rekao je Wilson. Mnoge prethodne teorije to nisu mogle učiniti jer se mjesto hidrauličkog skoka mijenja kad debeli sloj pogodi neku vrstu ruba, poput ruba sudopera.
Skokovi se događaju na mjestu gdje sile površinske napetosti i viskoznosti zbrajaju i uravnotežuju moment iz mlaza tekućine, otkrili su autori.
Znajući gdje se prvi dogodi ovaj skok mogao bi se primijeniti u industriji, rekao je Wilson. Tanki sloj koji se formira prije skoka nosi mnogo više sile nego što deblji sloj čini, što je tanje područje efikasnije u prijenosu topline.
Vodeni mlazovi velike brzine koriste se u industrijskim primjenama, poput čišćenja u preradi mlijeka i hlađenja lopatica turbina zrakoplova ili silikonskih poluvodiča, rekao je Bhagat. Često su u tim aplikacijama povremeni mlazovi vode učinkovitiji, rekao je Wilson. Kako biste poboljšali učinkovitost ovih isprekidanih mlazeva, morate biti u mogućnosti predvidjeti gdje se događaju početni hidraulički skokovi, rekao je.
