Технології

Вчені навчилися пускати іграшкові човники догори дриґом

Benjamin Apffel et al / Nature

Benjamin Apffel et al / Nature

Французькі вчені перевірили, як будуть поводитися іграшкові човни у рідині, що левітує, та виявили, що вони можуть переміщуватися догори дном на межі між повітрям і рідиною. Таку поведінку твердих предметів можна буде застосовувати для очищення стічних вод чи видобування цінних матеріалів. Про це пишуть автори статті у журналі Nature.

Як проходив експеримент?

Вчені наповнили контейнер з органічного скла половиною літра в’язких рідин: силіконовою олією та гліцерином. Контейнер закріпили на опорі, що вібрувала. Якщо струшувати в'язку рідину приблизно 100 разів на секунду, хвилі тиску можуть спричинити пульсацію, коливання і опускання бульбашок повітря у рідині. Якщо бульбашки досить великі, під рідиною утвориться шар повітря, і вона почне левітувати. Тож дослідники вводили повітря під рідину через шприц. Коли вона почала левітувати, вони розмістили на її поверхні з обох боків невеликі тверді предмети.

Що сталося із човниками?

Використовуючи маленькі моделі човників та пластикові кульки, вчені показали, що на цій нижній стороні рідини предмети будуть «плавати» догори ногами так, ніби вони перебувають на верхній частині поверхні. Візуально це виглядає так, наче сила тяжіння поміняла свій напрямок. Ефект спрацьовував для предметів масою до 7 грам і довжиною близько 2,5 сантиметрів. Така картина частково обумовлена рівновагою тиску повітря, що потрапило вниз, та рідини зверху. Повітряний шар стискається за рахунок маси рідини над ним. Як результат, об’єкт на нижній поверхні спрямовується вгору під тиском шару повітря. Ці висхідні сили протидіють силі тяжіння та масі об’єкта і досягають рівноваги в шарі рідини, через що об’єкт плаває на її поверхні. Іншими словами, сила плавучості завжди працює у протилежному напрямку силі тяжіння.

Benjamin Apffel et al, Nature / YouTube

Як це можна використати?

Такий метод може бути використаний для процесів, що включають сортування і транспортування твердих предметів у рідинах. Наприклад, для деяких видів видобутку матеріалів або очищення стічних вод. Дослідники стверджують, що немає обмежень на те, яку кількість рідини можна змусити левітувати. Втім, для більш важких предметів рідина має бути більш в’язкою.