16. yüzyılda Leonardo da Vinci ilk olarak su içeren büyüleyici bir fenomeni tanımladı ve daha sonra hidrolik sıçrama olarak bilinir. Ve sadece beş yüzyıl sonra, bilim adamları bunun neden olduğunu açıkladılar.
Bu sıçrama sadece bilim adamları tarafından görülebilen belirsiz bir özellik değildir. Gerçekten mutfağa yürümek ya da görmek için duş içine atlamak gerekir.
Bir musluğu açarsanız, su lavabonun yüzeyine çarptığında neler olduğuna dikkat edin. Daha kalın, eşmerkezli bir türbülanslı su halkası ile çevrili çok ince, hızlı akan, dairesel bir su tabakası oluşturur. Hidrolik bir sıçrama, suyun yükseldiği ve daha kalın tabakayı oluşturduğu noktayı ifade eder.
1819'da İtalyan matematikçi Giorgio Bidone ile başlayan birçok araştırmacı, suyun bu şekilde sıçramasına neyin neden olduğunu açıklamaya çalıştı. Ancak İngiltere Cambridge Üniversitesi'nde kimya mühendisliği ve biyoteknoloji bölümünde doktora adayı olan baş yazar Rajesh K. Bhagat, bugüne kadarki tüm açıklamaların ve denklemlerin büyük güç olarak yerçekimine dayandığını söyledi.
Yerçekimini ortadan kaldırmak için Bhagat ve ekibi basit bir deney yaptı. Basit bir hidrolik sıçrama oluşturmak için düz, yatay bir yüzeye su jeti ile vurdular - aynı şekilde mutfak lavabosunda suyu açıp açmadığınızı göreceksiniz. Ama sonra, bu yüzeyi çeşitli şekillerde eğdiler: dikey olarak, 45 derecelik bir açıda ve yatay olarak - böylece sonunda su jeti tavan haline gelen bir yüzeye çarpacaktı. İlk atlamayı yakalamak için yüksek hızlı kameralarda neler olduğunu kaydettiler.
Her durumda, hidrolik sıçrama aynı noktada gerçekleşti. Diğer bir deyişle, ince, hızlı hareket eden iç katman, düzlemin hangi yönde olursa olsun aynı boyuttaydı. Yerçekimi sıçramalara neden olsaydı, yatay olanın dışındaki düzlemlerde su "çarpıtılmış" olurdu. Dedi Bhagat. "Bu basit deney, bunun yerçekimi dışında bir şey olduğunu kanıtlıyor."
Yeni teori yerçekimi ile sınırlı değil
Oyundaki diğer güçleri incelemek için, araştırmacılar su akışının viskozitesini - akışa ne kadar direnç gösterebileceğinin bir ölçüsü - suya benzer bir yüzey gerilimi olan bir tür alkol olan gliserol ile karıştırarak değiştirdiler, ancak bu sulardan 1000 kat daha viskozdur.
Ayrıca, viskoziteyi sabit tuttular ve sodyum dodesil benzen sülfonat (SDBS) adı verilen deterjanda ortak bir bileşende karıştırarak yüzey gerilimini - sıvı molekülleri yüzeyde bir arada tutan çekici kuvvet - azalttılar.. Son olarak, su ve başka bir alkol türü olan propanol karıştırılarak hem viskozite hem de yüzey gerilimini değiştirdiler, böylece çözelti saf sudan yüzde 25 daha viskoz, ancak üç kat daha zayıf bir yüzey gerilimine sahipti.
Bu, araştırmacıların her bir gücün etkisini izole etmelerine izin verdi, Cambridge Üniversitesi'nde de yumuşak katı ve yüzey profesörü olan kıdemli yazar Ian Wilson, Live Science'a verdiği demeçte.
Mesele şu ki, "ince bir film ile kalın bir film arasındaki bu geçişin nereden başladığını tahmin edebilmek", dedi Wilson. Önceki teorilerin çoğu bunu yapamadı, çünkü kalın tabaka lavabonun kenarı gibi bir tür kenara çarptığında hidrolik sıçramanın yeri değişir.
Atlama, yüzey gerilimi ve viskozitesinden gelen kuvvetlerin toplandığı ve sıvı jetinden momentumu dengelediği noktada gerçekleşti.
Bu sıçramanın ilk nerede gerçekleştiğini bilmek endüstride uygulamalara sahip olabilir, dedi Wilson. Atlamadan önce oluşan ince tabaka, daha kalın tabakadan çok daha fazla kuvvet taşır, böylece daha ince alanı ısı aktarımında daha verimli hale getirir.
Bhagat, süt işlemede temizlik ve uçak türbin kanatlarının veya silikon yarı iletkenlerin soğutulması gibi endüstriyel uygulamalarda yüksek hızlı su jetleri kullanıldığını söyledi. Wilson, bu uygulamalarda genellikle aralıklı su jetlerinin daha verimli olduğunu söyledi. Bu aralıklı jetlerin verimliliğini artırmak için, ilk hidrolik sıçramaların nerede olduğunu tahmin edebilmeniz gerekir.
