Неужели скорость того, насколько быстро что-то тонет или плывёт, может зависеть не только от рода жидкости и массы самого тела, но и от каких-то дополнительных факторов? Как ни странно, да.
Представьте себе простой и наглядный пример. Вы шьёте что-то иголкой. Материал упругий и иголка испытывает ощутимое сопротивление своему движению со стороны ткани. В какой-то момент вы решаете капнуть капельку машинного масла на иголку и замечаете, что шить стало проще. Почему такое произошло? Вроде как вполне очевидно - уменьшилось трение иголки о сам материал. Догадываетесь как это может быть связано с водой?
Вода (или любая другая жидкость) тоже имеет некоторое внутреннее трение. Погружаясь в жидкость, тонущий объект испытывает сопротивление, которое зависит от рода жидкости, её вязкости, и параметров самого объекта. Это похоже на пронизывание ткани иглой. При этом сказывается шероховатость стенок объекта и их способность... к смачиванию. Тут начинается самое интересное.
Если жидкость проникла в поверхность объекта, то эта поверхность испытывает "притяжение" со стороны воды. Намокание тела как будто бы связывает этот объект и основную жидкость. Примерно как вытащить кисточку из густой краски, которая успела утонуть в банке.
Теперь отвлечемся на ещё один пример. Вероятно вам доводилось видеть, как рыбаки покрывали раньше деревянные лодки составами, похожими на гусиный жир. Впервые я увидел такой фокус, находясь в туристической поездке на Селигере. Это простейшее гидрофобное покрытие на основе доступных подручных компонентов.
Логика простая. Нужно помешать воде смачивать поверхность лодки. Если тело смачивается, то оно автоматически начинает "прилипать".
Прилипание на самом деле является примером того, как проникшая в неровности поверхности тела вода удерживает объект силами межмолекулярного взаимодействия. Если в случае наличия гидрофобного покрытия жидкость не способна проявить достаточной адгезии к поверхности тела, то стандартное покрытие позволяет это легко сделать и при перемещении объекта необходимо уже рвать или связи в самой жидкости, или отрывать частицы от поверхности объекта.
Лодке это мешает плыть и создает излишнее сопротивление со стороны воды, а другим телам...мешает тонуть!
Про погружение в воду особенно интересно.
Фактическая скорость погружения будет зависеть от относительных плотностей объекта и жидкости, вязкости жидкости и коэффициента лобового сопротивления объекта (т.е. формы). Каждый объект, падающий сквозь жидкость, в конце концов достигает предельной скорости и перестает ускоряться. Предельная скорость в основном определяется относительной плотностью жидкости/объекта, вязкостью жидкости и коэффициентом лобового сопротивления.
Однако, если вы хотите сравнить два одинаковых произвольных тонущих объекта, один с гидрофобным покрытием, а другой без него, объект с покрытием будет погружаться быстрее. Гидрофобное покрытие создает воздушный слой с гораздо меньшей вязкостью и, следовательно, меньшим граничным сопротивлением.
На поверхности смоченного объекта всегда есть слой неподвижной жидкости, и это способствует вязкому сопротивлению, поскольку слои жидкости скользят друг мимо друга.
Гидрофобные покрытия не плоские и не смачивают воду, поэтому статический пограничный слой нарушается. Например, лист лотоса использует микроскопические восковые бугорки, чтобы предотвратить надлежащее смачивание поверхности.
Вода скапливается на поверхности, потому что «угол смачивания» на кончике бугорков превышает 90 градусов. Таким образом, вода не может попасть в пространство между буграми. Это означает, что только крошечная часть поверхности соприкасается с водой.
Для этого типа гидрофобного покрытия между объектами и водой образуется воздушная прослойка в долинах между неровностями. Этот воздушный зазор позволяет воде «скользить» и обтекать объект быстрее, чем обычно, уменьшая вязкое сопротивление. Есть и другие варианты реализации идеи.
При низких относительных скоростях жидкости, когда ускорение массы воды вокруг объекта невелико, это может значительно уменьшить сопротивление жидкости на объекте - до нескольких десятков процентов.
Он же применяется на лодках рыбаками. Плыть на гидрофобной лодке легче. Этот же эффект используется для снижения расхода топлива, необходимого океанским грузовым судам, и, по оценкам, приводит к экономии топлива до 10%.
Получается, что тонущий гидрофобный объект будет тонуть несколько быстрее, чем эквивалентный объект без покрытия.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!
