Что происходит с каплей при падении на поверхность воды, выяснили эксперты

Фото из открытых источников

Инженерами Массачусетского технологического института (MIT) в деталях изучена физика капель, падающих в водоем. Это исследование поможет в прогнозировании распространения патогенов, пестицидов и иных частиц через дождевые осадки и ирригационные системы.

Исследователи MIT в деталях изучили процессы, происходящие при падении капли в глубокий водоем. Они воспользовались высокоскоростной видеосъемкой со скоростью до 12 500 кадров в секунду, зафиксировав миллисекундные изменения в состоянии жидкости и над, и под поверхностью воды.

Эксперименты помогли выяснить механизм «поведения» капли. Ударяясь о поверхность, она проталкивается вниз и образует подводный «кратер», тогда как над поверхностью формируется стена жидкости в форме короны. Физики заметили, как маленькие вторичные капли вылетали из короны до момента достижения максимальной высоты. Весь процесс длится доли секунды.

Впервые ученые объединили анализ процессов как над, так и под поверхностью воды в общий математический алгоритм. Командой разработан набор «уравнений эволюции», связывающих различные свойства ударяющейся капли и описывающих, как они со временем меняются в зависимости от исходных размеров капли и скорости удара.

В экспериментах использовались капли диаметром около 5 мм, что падают со средней скоростью 5 м/с. Это параметры, близкие обычному дождю. Зная механику всплесков, можно предсказывать, как дождь и ирригационные системы распространяют патогены, пестициды и иные частицы, что находятся на поверхности водоемов. Это понимание важно для здравоохранения, сельского хозяйства и экологии.