Fyzici z Brown University aplikovali složité principy dynamiky tekutin na překvapivě pochopitelný problém: proč trvá tak dlouho, než poslední kapky kapaliny odtečou z nádob. Studie publikovaná v časopise Physics of Fluids využívá dobře známé Navier-Stokesovy rovnice k přesné předpovědi doby potřebné k tomu, aby kapaliny s různou viskozitou vytékaly vlivem gravitace.
Věda o trpělivosti
Výzkum se zrodil z každodenního podráždění. Výzkumníci Jay Tang a Thomas Dutta, kteří pracovali na samostatných projektech souvisejících s chováním kapalin (Tang o růstu bakterií ve vlhkém prostředí, Dutta o povrchovém toku), si všimli neustálé frustrace z čekání na tok viskózních kapalin. Dutta si vzpomněl, jak jeho babička trvala na vylití každé poslední kapky, a Tang čelil stejnému problému, když čistil svůj litinový wok.
Klíč spočívá ve viskózním režimu dynamiky tekutin – jak vnitřní tření ovlivňuje pohyb tekutiny. Tým použil rovnice Navier-Stokes k modelování tohoto procesu a poté otestoval své předpovědi nalitím tekutin, jako je voda, mléko, máslo a olivový olej, na nakloněnou desku pod úhlem 45 stupňů, načasováním odvodnění, dokud nevyteče 90 % tekutiny.
Výsledky: Viskozita je všechno
Experimenty potvrdily teoretické výpočty: viskozita je dominantním faktorem. Voda vytekla během několika sekund, ale studený javorový sirup trval hodiny. Tang, který záměrně nechává olej na svém wok, aby zabránil rezivění, přiznal, že podcenil čekací dobu – ideální druhý sklon by byl po 15 minutách.
Za kuchyňský dřez
Není to jen kuchyňská věda. Stejné principy, kterými se řídí poslední kapka sirupu, platí pro dynamiku bakterií, kde proudění tekutiny určuje chování mikroorganismů. Studie poskytuje výzkumným pracovníkům praktické cvičení, ale také ukazuje, jak základní fyzika je základem i těch nejvšednějších aspektů každodenního života.
„Tato fyzika se týká celého našeho základního výzkumu… shodou okolností je to také každodenní fyzika tekutin v kuchyni,“ vysvětluje Tang.
Studie nabízí vtipnou připomínku, že i zdánlivě jednoduché jevy mají složitá vědecká vysvětlení. Zdůrazňuje také důležitost trpělivosti, zejména při manipulaci s obzvláště viskózními kapalinami.
