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 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.
*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.
