В привычных условиях у нас на Земле вода себя ведет вполне предсказуемо, и волны успешно гасятся барьерами, а направление потоков определяет гравитация. Однако в космосе в условиях микрогравитации все иначе – там главную роль играет поверхностное натяжение.
И вот новое научное исследование, которое было проведено сотрудниками Университета Миссисипи, показало, что даже самый незначительный изгиб препятствия, стоящего на пути следования воды в невесомости, способен кардинально изменить поведение волн и потоки жидкости.
Команда специалистов, работающая под руководством Ликуна Чжана, старшего научного сотрудника Национального центра физической акустики и доцента кафедры физики и астрономии, вместе с аспирантом Чжэнву Ваном, провела эксперименты, имитирующие низкую гравитацию.
Они наблюдали, как поверхностные волны проходят через частично погружённый барьер, когда вода формирует изгиб у его границ.
Так вот, ученые установили, что даже незначительное изменение препятствия может кардинально повлиять на передачу энергии. Так, слабая кривизна позволяет волнам легче преодолевать препятствие, а более крутая почти полностью блокирует прохождение.
По словам Чжана, мы интуитивно ожидаем, что любой барьер должен гасить проходящие волны. Однако в условиях невесомости, оказывается, при определенной форме этого барьера волны проходят даже эффективнее чем, если бы там этого препятствия и вовсе не было.
Кроме этого, во время эксперимента ученые также выяснили, что изменение препятствия всего на 1,5 миллиметра позволило снизить уровень передачи энергии с 60% всего до пары процентов.
Да, на Земле эти эффекты, возникающие из-за кривизны препятствия, ничтожны. Однако в космосе именно они становятся критически важными. Там, где есть лишь микрогравитация, именно поверхностное натяжение определяет, как именно будут работать системы жизнеобеспечения, топливные баки и контуры охлаждения.
В ходе экспериментов ученые наглядно наблюдали, как изменение даже покрытия одного и того же препятствия (гидрофобное на гидрофильное) сильно изменяло уровень передачи энергии.
Как подчеркивает Чжан, их работа носит фундаментальный характер – ведь это изучение базовой физики взаимодействия волн и барьеров. При этом перспективы их исследования выходят за рамки космоса.
Ведь те же механизмы могут использоваться не только на космических кораблях в критически важных системах, но так и в микрофлюидных устройствах, где жидкости движутся по каналам шириной в миллиметры.
Такие технологии уже лежат в основе ДНК-чипов, «лабораторий на кристалле» и медицинских микросистем .
Понравился материал? Тогда с вас лайк и подписка на канал. Спасибо, что прочитали до конца!