Рідини ламаються, як тверді тіла. Несподівана механіка від Drexel University

У космічній техніці рідини зазвичай є чимось передбачуваним: паливо тече магістралями, охолоджувачі циркулюють у контурах, а технологічні суміші рівномірно подаються в системи друку чи перероблення. Але нове дослідження показало, що за певних умов рідини здатні буквально ламатися, як тверді тіла. Саме такого висновку дійшла команда з Drexel University, робота якої опублікована в Physical Review Letters.

Під час вивчення простої рідини, схожої на смолу, дослідники з Drexel виявили, що якщо розтягувати її з достатньою силою, вона розпадається так, ніби є твердим тілом. Їхні результати свідчать, що це явище може проявлятися в усіх простих рідинах. Джерело: drexel

Під час дослідів вчені розтягували прості рідини в тесті на розтягувальну реологію* й побачили несподіване: замість звичного витягування в тонку нитку рідина раптово розривалася з характерним різким клацанням. Спершу це зафіксували для в’язких вуглеводневих сумішей, а потім повторили результат на олігомері стиролу з подібною в’язкістю. В обох випадках рідина досягала критичного напруження близько 2 мегапаскалів, після чого поводилася подібно до крихкого твердого матеріалу.

Подія в Києві на перетині мистецтва, космосу та технологій! Дізнатися більше

*Розтягувальна реологія — це розділ дослідження плинних матеріалів, де дивляться, як рідина або м’який матеріал поводиться не при зсуві, а при розтягуванні.

Найважливіше в цій роботі те, що ключову роль, відіграє не пружність, а саме в’язкість. Це суперечить звичному уявленню, ніби руйнування через тріщину притаманне лише твердим або виразно пружно-в’язким матеріалам. Дослідники також припускають, що механізм може бути пов’язаний із кавітацією — утворенням і швидким схлопуванням бульбашок усередині рідини. Якщо висновки підтвердяться для ширшого класу рідин, це може змінити підходи до гідравліки, волоконного формування матеріалів та 3D-друку.

Як це працює? Уявіть дуже густий сироп. Зазвичай ми думаємо, що якщо його тягнути, він просто витягуватиметься у дедалі тоншу нитку, поки не перетече в нову форму. Але вчені показали, що якщо тягнути достатньо швидко й сильно, деякі рідини не встигають плавно перетікати. Вони доходять до межі напруження і тоді не витягуються далі, а різко рвуться — майже як натягнута пластикова деталь або тонкий шматок скла.

Чому це важливо? Для космічної галузі це відкриття може виявитися важливим у всьому, що пов’язане з поведінкою в’язких рідин під великими навантаженнями: від паливних і кріогенних магістралей до мікрофлюїдних систем, позаземного виробництва матеріалів та 3D-друку на орбіті. Саме дослідники вже вказують на потенційне значення результату для гідравліки, 3D-принтерів і процесів формування волокон; із цього випливає, що подібні моделі можуть бути корисні й для космічних систем, де контроль течії рідин критично важливий.

Новини інших медіа
Гімн України пролунав на чемпіонаті Європи з ракетомодельного спорту
Hubble розгадав таємницю злиття з раннього періоду існування Чумацького Шляху
Чи потрібні насправді орбітальні дзеркала
Анатомія зоряної смерті: виявлена наднова в момент вибуху
Слід зруйнованого скупчення показав темну матерію далекої галактики
ШІ виявляє приховані ознаки сонячних спалахів за кілька годин до їхнього початку
Новий погляд на Туманність Тарантул пояснив загадку зниклої енергії
Киплячий азот у космосі почав поводитися несподівано для науковців
Японський зонд готується стартувати до Фобоса
SpaceX побила рекорд двома пусками за 38 хвилин