Fizycy z Brown University zastosowali złożone zasady dynamiki płynów do zaskakująco zrozumiałego problemu: dlaczego ostatnie krople cieczy spłyną z pojemników tak długo. Badanie, opublikowane w czasopiśmie Physics of Fluids, wykorzystuje dobrze znane równania Naviera-Stokesa do dokładnego przewidywania czasu potrzebnego, aby ciecze o różnej lepkości odciekły pod wpływem grawitacji.
Nauka o cierpliwości
Badania zrodziły się z codziennej irytacji. Badacze Jay Tang i Thomas Dutta, pracujący nad oddzielnymi projektami związanymi z zachowaniem cieczy (Tang dotyczący wzrostu bakterii w wilgotnym środowisku, Dutta dotyczący przepływu powierzchniowego), zauważyli ciągłą frustrację związaną z oczekiwaniem na wypłynięcie lepkich cieczy. Dutta pamięta, jak jego babcia nalegała, aby wylać do ostatniej kropli, a Tang stanął przed tym samym problemem podczas czyszczenia żeliwnego woka.
Klucz leży w trybie lepkim dynamiki płynów – w jaki sposób tarcie wewnętrzne wpływa na ruch płynu. Zespół wykorzystał równania Naviera-Stokesa do modelowania tego procesu, a następnie przetestował swoje przewidywania, wylewając płyny, takie jak woda, mleko, masło i oliwa z oliwek, na nachyloną płytkę pod kątem 45 stopni, synchronizując drenaż do momentu wypłynięcia 90% cieczy.
Wyniki: Lepkość jest najważniejsza
Eksperymenty potwierdziły obliczenia teoretyczne: lepkość jest czynnikiem dominującym. Woda spuszczana jest w ciągu kilku sekund, ale zimny syrop klonowy zajmuje godziny. Tang, który celowo zostawia olej na swoim woku, aby zapobiec rdzewieniu, przyznał, że nie docenił czasu oczekiwania – idealne drugie przechylenie nastąpi po 15 minutach.
Za zlewem kuchennym
To nie tylko nauka o kuchni. Te same zasady, które rządzą ostatnią kroplą syropu, dotyczą dynamiki bakterii, gdzie przepływ płynu determinuje zachowanie mikroorganizmów. Badanie stanowi praktyczne ćwiczenie dla badaczy, ale także pokazuje, w jaki sposób podstawowa fizyka leży u podstaw nawet najbardziej przyziemnych aspektów życia codziennego.
„Ta fizyka dotyczy wszystkich naszych głównych badań… tak się składa, że jest to także codzienna fizyka płynów w kuchni” – wyjaśnia Tang.
Badanie w humorystyczny sposób przypomina, że nawet pozornie proste zjawiska mają złożone naukowe wyjaśnienia. Podkreśla również znaczenie cierpliwości, zwłaszcza podczas obchodzenia się ze szczególnie lepkimi cieczami.
