Przeskocz do treści

Delta mi!

Loading

Aktualności (nie tylko) fizyczne

Sposób na chlapanie

Piotr Zalewski

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: czerwiec 2005
  • Publikacja elektroniczna: 24 sierpnia 2017
  • Wersja do druku [application/pdf]: (79 KB)

Czy zdarzyło Wam się kiedyś być ochlapanym przez samochód? Może można takim przypadkom jakoś zaradzić? Oczywiście, nie chodzi mi tu o wyremontowanie dróg czy edukację kierowców. Takie, pozornie oczywiste, sposoby nie zdają egzaminu, przynajmniej w naszym kraju.

Czy można zrobić coś, żeby wychlupnięcie wody z kałuży po prostu nie było możliwe? Wyobraźmy sobie złośliwego kierowcę, który widzi człowieka stojącego przy kałuży. Kierowca specjalnie wjeżdża w kałużę, a tu nic, człowiek pozostaje suchy.

Popatrzmy, jak wygląda wychlupnięta woda. Z pomocą przychodzą nam... telewizyjne reklamy. Ostatnio przyszła moda na pokazywanie kropli wpadającej do naczynia. Jest to rzeczywiście efektowne. Wpadająca kropla powoduje powstanie wychlupnięcia w postaci korony kropelek. Gdyby kropelki się nie tworzyły, to maksymalna wysokość, na którą płyn wydostaje się z naczynia, byłaby mniejsza. Wynika to po prostu z zasady zachowania energii. Jeżeli więc udałoby się coś zrobić, żeby takie kropelki się nie tworzyły, to zasięg wychlupnięcia z kałuży byłby mniejszy, co utrudniłoby zabawę złośliwym kierowcom.

Tego typu problemami od lat zajmują się naukowcy. Wbrew pozorom badania te mają konkretne zastosowania. Wystarczy wspomnieć o wtrysku paliwa czy plujkach (drukarkach, a nie muchach). Ostatnio naukowcy z Uniwersytetu w Chicago dokonali zaskakującego odkrycia [1].

Badali oni rozpryskiwanie się kropli o szklaną powierzchnię. Okazuje się, że wystarczy zmniejszyć ciśnienie, żeby nie tworzył się rozbryzg. Kropla alkoholu etylowego, zderzająca się ze szklaną powierzchnią z prędkością powyżej 3 m/s, nie tworzy rozbryzgu, jeżeli ciśnienie (powietrza) obniży się do jednej trzeciej ciśnienia atmosferycznego.

Dokładniejsze zbadanie efektu pozwoliło ustalić, że znaczenie ma gęstość gazu. Ciśnienie progowe, poniżej którego nie obserwuje się rozbryzgu, skaluje się jak odwrotność pierwiastka z gęstości. Im większa gęstość, tym bardziej trzeba obniżyć ciśnienie, żeby uniknąć powstawania kropelek.

Drugim czynnikiem jest lepkość płynu. Tu również wysokość progu jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka z lepkości. Im bardziej lepki płyn, tym bardziej trzeba obniżyć ciśnienie.

Wróćmy do naszych baranów (za kierownicą). Widać, jakie jest rozwiązanie. Wystarczy zmniejszyć ciśnienie atmosferyczne do jednej trzeciej obecnej wartości lub zastąpić powietrze helem. Prawda, że proste?

obrazek

Zdjęcia kropli alkoholu spadającej na suchą szklaną powierzchnię w powietrzu o różnym ciśnieniu. Normalne ciśnienie to 100 kPa. Przy ciśnieniu 38,4 kPa, minimalnie przewyższającym ciśnienie progowe, tworzy się jedynie kilka kropel. Poniżej progu krople się nie tworzą, ale można dopatrzyć się prawie "kroplotwórczej" struktury rozpływającego się alkoholu. Przy najniższym ciśnieniu płyn rozpływa się już całkiem gładko.

Zdjęcia kropli alkoholu spadającej na suchą szklaną powierzchnię w powietrzu o różnym ciśnieniu. Normalne ciśnienie to 100 kPa. Przy ciśnieniu 38,4 kPa, minimalnie przewyższającym ciśnienie progowe, tworzy się jedynie kilka kropel. Poniżej progu krople się nie tworzą, ale można dopatrzyć się prawie "kroplotwórczej" struktury rozpływającego się alkoholu. Przy najniższym ciśnieniu płyn rozpływa się już całkiem gładko.