«Эффект кукурузных хлопьев»: геометрия без алгебры
Стремление некоторых плавающих тел — например, хлопьев в чашке с молоком или пузырьков пены в стакане пива — собираться вместе под действием силы поверхностного натяжения может найти свое применение в инженерии, в частности при разработке самособирающихся цепей и устройств.
Исследование эффекта группировки имеет давнюю историю. Превосходный обзор по этой теме был подготовлен самим Джеймсом Клерком Максвеллом для Британской энциклопедии еще в 1875 году. В наши дни за описание этого эффекта взялись профессор Отделения инженерных и прикладных наук Гарвардского университета Л. Махадеван (Lakshminarayanan Mahadevan) и студент Доминик Велла (Dominic Vella), ныне аспирант Кембриджского университета.
Махадеван и Велла построили простую динамическую модель взаимодействия между плавающими телами, а затем проверили ее результаты в экспериментах с плавающими сферическими частицами. Цель ученых — сосредоточиться на относящихся к делу сравнительно простых физических принципах, очистив предмет от затемняющих его алгебраических сложностей, говорится в выпуске новостей Американского института физики. Исследователи подчеркивают, что, вопреки распространенному мнению, капиллярное всасывание далеко не всегда существенно влияет на наличие или отсутствие притяжения между плавающими телами. На самом деле все решает простое равновесие сил и вращающих моментов — плавучесть тел и поверхностное натяжение жидкости.
При правильном выборе геометрии плавать могут даже предметы, плотность которых больше плотности жидкости. Но что еще более важно, силой и направлением взаимодействия плавающих тел можно управлять. Например, насекомые, живущие на поверхности воды, похоже, весьма успешно используют этот эффект в своих целях.
Работа опубликована в American Journal of Physics.
Сергей Дудин, Новосибирская ассоциация студентов-физиков
Последние новости
