16世紀に、レオナルドダヴィンチは最初に水を含む魅力的な現象を説明しましたが、これは後に油圧ジャンプとして知られるようになりました。そして、ほんの5世紀後、科学者たちはついにそれが起こる理由を説明しました。
このジャンプは、科学者にしか見えない不明瞭な特性ではありません。あなたは本当にあなたの台所に歩くか、それを見るためにシャワーに飛び込む必要があります。
蛇口をオンにすると、水がシンクの表面に当たるとどうなるかを確認してください。それは、乱流水のより厚い同心円の輪に囲まれた非常に薄い、速く流れる円形の水の層を作り出します。水力ジャンプは、水が上昇してより厚い層を形成するポイントを指します。
1819年にイタリアの数学者Giorgio Bidoneから始まって、多くの研究者が水がこのように跳躍する原因を説明しようとしました。しかし、これまでのすべての説明と方程式は重力に頼っていたと、筆頭著者である英国のケンブリッジ大学の化学工学およびバイオテクノロジー学科の博士候補であるラジェッシュKバガット氏は語った。
重力を排除するために、バガットと彼のチームは簡単な実験を行いました。平らな水平面にジェット水を当てて、単純な油圧ジャンプを作りました。これは、台所の流しで水をつけた場合と同じです。しかし、その後、彼らはこの表面をさまざまな方法で傾けました：垂直、45度の角度、および水平-結局、水の噴流が天井になった表面に当たるようにしました。最初のジャンプを捉えるために、彼らは高速カメラで何が起こったかを記録しました。
いずれの場合も、水力学的ジャンプは同じポイントで発生しました。言い換えると、飛行機がどの方向を向いても、薄くて動きの速い内層は同じサイズでした。重力がジャンプを引き起こした場合、水は水平な飛行機以外のどの飛行機でも「歪んだ」でしょう。 、バガットは言った。 「この簡単な実験は、それが重力以外のものであることを証明している。」
新しい理論は重力に負けていません
研究者達は他の力が働いていたかもしれないと研究するために、水流の粘度を変化させました-水に似た表面張力を持つアルコールの一種であるグリセロールと混合することにより、水流の粘度を変化させました-これは水の1000倍の粘性があります。
彼らはまた、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（SDBS）と呼ばれる洗剤の一般的な成分を混合することにより、粘度を一定に保ち、表面張力（液体分子を表面で一緒に保持する引力）を低減しました. 最後に、水と別の種類のアルコールであるプロパノールを混合することで、粘度と表面張力の両方を変化させたため、溶液の粘度は純水より25％高いが、表面張力は3倍弱かった。
これにより、研究者たちは各力の影響を分離することができたと、ケンブリッジ大学の柔らかい固体と表面の教授である上級著者のイアン・ウィルソンは、Live Scienceに語った。
重要なのは、「薄膜と厚膜の間のこの移行がどこから始まるのかを予測できること」だとウィルソン氏は語った。以前の多くの理論ではそれができませんでした。厚い層がシンクのエッジなどのエッジにぶつかると、油圧ジャンプの位置が変わるためです。
ジャンプは、表面張力と粘度からの力が加算され、液体ジェットからの運動量と釣り合う場所で発生する、と著者らは発見した。
ウィルソン氏によると、このジャンプが最初にどこで発生するかを知ることは、産業に応用できる可能性があるという。ジャンプの前に形成される薄い層は、厚い層よりもはるかに大きな力を運ぶため、薄い領域の熱伝達効率が向上します。
バガット氏によると、高速のジェット水は、牛乳加工の洗浄や航空機のタービンブレードやシリコン半導体の冷却などの産業用途で使用されます。これらのアプリケーションでは、断続的なジェット水噴射の方が効率的であることが多いとウィルソン氏は述べています。これらの断続的なジェットの効率を改善するには、最初の水力ジャンプがどこで起こるかを予測できる必要があると彼は言った。
