Физики объяснили, почему у сосулек бывает волнистая или гладкая поверхность

Физики из Университета Торонто показали, почему некоторые сосульки имеют волнистую поверхность, а у других поверхность ровная и гладкая. Оказалось, что главное отчего зависит структура сосульки - это количество примесей в замерзающей воде.

Физики объяснили, почему у сосулек бывает волнистая или гладкая поверхность

Физики из Университета Торонто показали, почему некоторые сосульки имеют волнистую поверхность, а у других поверхность ровная и гладкая.

Выращивая сосульки из образцов воды с различными примесями, такими как хлорид натрия (соль), декстроза (сахар) и флуоресцентная краска, исследователи обнаружили, что примеси воды захваченные сосульками по мере их формирования создают волнистые узоры во льду.

«Форма сосульки - это трудный вопрос. Предыдущие теории утверждали, что своего рода рябь на поверхности определяется эффектом поверхностного натяжения в тонкой пленке воды, которая стекает по льду по мере его формирования», — говорит соавтор работы Стивен Моррис, почетный профессор кафедры физики. — «Теперь мы знаем, что образование ряби не зависит от поверхностного натяжения. Оно даже не зависит от внешних условий замерзания. Внешняя форма определяется внутренним распределением примесей».

Сосулька в поляризованном светеLadan and S. W. Morris

Ученые ранее обнаружили, что присутствие соли в воде отвечает за волнистую форму сосулек, выращенных в лаборатории. Новые результаты показали, что не тип примеси приводит к появления волн, а просто ее наличие.

«Мы протестировали различные виды примесей, но форма сосулек не изменились, пока концентрации были одинаковы», — говорит соавтор работы Джон Ладан. — «Это говорит о том, что за форму отвечают только физические, а не химические процессы». Зависимость довольно простая: в среднем, чем выше концентрация примесей в воде, тем выше частота волн на поверхности сосульки (см. рис. ниже).

Нарастание концентрации соли в воде (справа налево) J. Ladan and S. W. Morris

Почему так важно понимать, как образуются сосульки

Изучение роста льда имеет важные приложения, включая борьбу с обледенением самолетов, кораблей и линий электропередач. Однако результаты показывают, что существующие инженерные модели обледенения не учитывают всей глубины проблемы.

От формы сосульки зависит в том числе скорость ее таяния, что очень важно и для очищения покрытых льдом поверхностей и для выбора антифриза.

«Теперь мы получили более глубокое понимание сложности природных ледяных образований», — говорит Моррис.