Возьмите бутылку густого шампуня или жидкого мыла. Налейте немного в миску. А теперь начните лить тонкую струю сверху — примерно с высоты
15–20 см.
Смотрите внимательно: время от времени от поверхности будет «отскакивать» маленькая струйка — как фонтан, бьющий вверх и в сторону. Это длится доли секунды, поэтому большинство людей никогда этого не замечали.
Это эффект Кайе — одно из самых красивых и малоизвестных явлений в физике жидкостей.
Что такое эффект Кайе
В 1963 году британский инженер Алан Кайе (Alan Kaye) работал с вязкими органическими жидкостями. Он заметил странную вещь: когда тонкая струя падала на поверхность той же жидкости, она иногда «отпрыгивала» обратно вверх, как мячик от пола.
Кайе не смог объяснить это явление. Эффект назвали его именем, но разгадали только в 2006 году — с помощью высокоскоростных камер, снимающих тысячи кадров в секунду.
Почему это происходит: неньютоновская магия
Шампунь — это неньютоновская жидкость. В отличие от воды, его вязкость меняется в зависимости от того, как быстро он течёт.
Когда шампунь течёт медленно — он густой и вязкий. Но когда его заставляют двигаться быстро (например, при ударе струи о поверхность) — вязкость резко падает. Это называется shear thinning — разжижение при сдвиге.
Вот что происходит шаг за шагом:
- Струя шампуня падает на поверхность и образует «горку» из вязкой жидкости.
- В какой-то момент струя начинает не погружаться, а скользить по этой горке.
- В месте скольжения шампунь испытывает сильный сдвиг — и мгновенно становится более текучим.
- Образуется тонкий «смазочный» слой между падающей струёй и горкой.
- Струя соскальзывает с горки и вылетает вверх, как с трамплина.
Учёные также обнаружили, что между струёй и поверхностью захватывается тончайший слой воздуха (в 1000 раз тоньше самой струи), который работает как дополнительная смазка.
Почему эффект так сложно заметить
Эффект Кайе длится в среднем 200–300 миллисекунд — меньше, чем моргание глаза. Отскочившая струя быстро пересекается с падающей, и «фонтан» схлопывается.
Но если создать правильные условия, эффект можно сделать стабильным и даже устроить каскад из нескольких отскоков подряд.
Эксперимент: как увидеть эффект Кайе дома
Что понадобится:
- Густой шампунь или жидкое мыло (чем гуще — тем лучше)
- Миска или тарелка
- Шприц без иглы (для тонкой струи)
- Хорошее освещение
- Терпение
Базовый эксперимент:
- Налейте немного шампуня в миску — слоем 1–2 см.
- Поднимите бутылку на высоту 15–20 см над миской.
- Начните лить тонкую струю шампуня.
- Внимательно смотрите на место, где струя касается поверхности.
- Периодически будут появляться маленькие «фонтанчики», отскакивающие в сторону.
Совет: снимите процесс на видео в замедленном режиме (большинство смартфонов умеют снимать slow-mo). На замедленной съёмке эффект выглядит невероятно красиво.
Продвинутый эксперимент: стабильный Кайе
- Положите миску под углом ~20–30° (подложите что-нибудь под край).
- Лейте струю на верхнюю часть наклонной поверхности.
- Отскочившая струя полетит вниз по склону и не пересечётся с падающей.
- Эффект станет стабильным и будет длиться, пока вы льёте шампунь.
При удачных условиях можно получить каскад из 3–7 последовательных отскоков — струя отскакивает, приземляется, снова отскакивает, и так далее вниз по наклонной поверхности.
Почему это не работает с водой
Вода — ньютоновская жидкость. Её вязкость не меняется при сдвиге. Когда струя воды падает на поверхность воды, она просто смешивается с ней — никакого «смазочного» слоя не образуется.
Чтобы эффект сработал, жидкость должна быть:
- Достаточно вязкой в спокойном состоянии
- Способной разжижаться при быстром сдвиге
- Не слишком эластичной (иначе струя будет просто погружаться)
Идеальные кандидаты: густые шампуни, жидкое мыло, некоторые гели для душа, жидкость для мытья посуды.
Где это может пригодиться
Пока эффект Кайе — чисто научная диковинка без практического применения. Но учёные изучают его, чтобы лучше понять поведение неньютоновских жидкостей.
Такие жидкости используются в:
- Пищевой промышленности (кетчуп, майонез, шоколад)
- Нефтедобыче (буровые растворы)
- Косметике (кремы, лосьоны)
- Производстве красок (чтобы не капали с кисти)
Понимание эффекта Кайе помогает инженерам предсказывать, как поведёт себя жидкость при розливе, перемешивании или нанесении.
Итог
Эффект Кайе — это наглядная демонстрация того, что привычные вещи (шампунь в ванной) могут вести себя совершенно неожиданно. Струя не тонет, а «отпрыгивает» — потому что в момент удара жидкость мгновенно становится более текучей и проскальзывает по собственной поверхности.
В следующий раз, когда будете мыть голову — попробуйте полить шампунь в ладонь с высоты и присмотритесь. Возможно, вы увидите этот маленький фонтан).
Материал подготовлен с использованием технологий ИИ и отредактирован автором