Любой предмет, брошенный в воду, очень быстро теряет свою скорость из-за сопротивления воды. Но есть способ, благодаря которому это сопротивление удается значительно снизить, а предмет в толще воды продолжает движение практически без потери скорости.
Для этого необходимо создать вокруг объекта пузырь воздуха, повторяющий его формы. Добиться этого можно, например, следующими способами: используя гидрофобное покрытие или просто нагрев предмет до определенной температуры. Таким способом сопротивление воды можно уменьшить в 10 раз.
«Гидрофобное» можно перевести как «боящееся жидкости», и данное название полностью оправдано: вода не смачивает гидрофобную поверхность, крайне слабо притягиваясь к ней. Оказывается, гидрофобная поверхность отлично подходит для снижения уровня сопротивления воды: при контакте с жидкость гидрофобные молекулы не образуют водородные связи с молекулами воды. Если бросить объект с гидрофобной шероховатой поверхностью в воду, то поток жидкости будет проходить не по телу, а по газу, который поверхность захватила с собой при погружении в воду.
Это интересно: одни из самых быстрых торпед в мире — «Шквал» — используют прием газовой оболочки, чтобы развить под водой огромную скорость в 375 км/ч. Ученые давно обратили внимание на явление кавитации, когда позади быстро движущегося в воде объекта остаются мельчайшие пузырьки воздуха. У торпеды «Шквал» в носовой части установлен специальный механизм, называющийся кавитатором. С его помощью при движении торпеды вокруг нее формируется воздушный пузырь, позволяющий значительно снизить сопротивление воды.
Чтобы проверить свою теорию на практике ученые нанесли на металлический шарик один из широко распространенных гидрофобных спреев, а затем бросили шарик в бассейн. Попав в воду, шарик создал устойчивый каплевидный газовый слой, который сохранялся во время движения и снижал сопротивление воды.
Шарик, обработанный гидрофобным покрытием — крайний справа. На видео ученые сравнивают естественную форму газового пузыря с формой торпеды, которая является наиболее эффективной для снижения сопротивления воды
Добиться формирования воздушного пузыря вокруг объекта можно не только с помощью современных гидрофобных технологий, но и с помощью старого доброго нагревания. Если накалить металлический шарик до температуры 400 С и бросить в воду, то он сформирует вокруг себя необходимый слой пара за счет испарения жидкости. Правда, для стабильности всех компонентов системы воду нужно разогреть до температуры 95 С – тогда паровая сфера будет сохраняться во время движения шарика.
Это интересно: данный эффект называется эффектом Лейденфроста. Наверняка вы наблюдали его дома во время приготовления пищи: если на сильно разогретую сковородку капнуть водой, то жидкость вопреки ожиданиям не сразу испарится, а начнет долгое время кататься по поверхности. Это происходит благодаря мгновенному формированию под каплей паровой прослойки, которая и препятствует дальнейшему выпариванию.
Ученые считают, что исследование в данной области чрезвычайно перспективны: начиная с экспериментов с малыми предметами, специалисты рассчитывают внедрить данные технологии для надводных и подводных судов, что значительно повысит их быстроходность и экономию топлива.