Почему с носика чайника всегда капает? Ученые дали ответ на извечный вопрос.
“Эффект капающего чайника” уже давно угрожает безупречно белым скатертям: если жидкость выливается из чайника слишком медленно, то поток жидкости иногда стекает по внешней стороне носика чайника, минуя чашку.
Проблема эта так актуальна, что производители не дремлют и изобретают приспособления – уловитель для капель чая с носика чайника. Это подушечка на резинках под край носика чайника. Не только капли ловит, но и крышку держит на месте.
уловитель капель для чайника
“Эффект капающего чайника” изучался на протяжении нескольких десятилетий и впервые был описан Маркусом Райнером в 1956 году. Он является пионером в области реологии – науки о поведении потока. В дальнейшем ученые не раз возвращались к этой теме. Одно исследование даже было удостоено “Шнобелевской премии” в 1999 году.
В 2021 году исследовательская группа из Венского технического университета полностью и подробно описала “эффект капающего чайника”, проведя тщательный теоретический анализ и многочисленные эксперименты. Было показано, что взаимодействие различных сил удерживает небольшое количество жидкости непосредственно на краю, и этого достаточно, чтобы перенаправить поток жидкости при определенных условиях.
Острый край носика чайника играет самую важную роль: образуется капля, область непосредственно под краем носика всегда остается влажной. Размер этой капли зависит от скорости, с которой жидкость вытекает из чайника. Если скорость ниже критического порога, то эта капля на краю носика чайника может перенаправить весь поток вокруг края, и жидкость будет стекать по внешней стенке носика чайника.
Этот распространенный и легко наблюдаемый эффект было трудно точно объяснить в рамках механики жидкости. Математика, лежащая в основе этого явления, сложна – это взаимодействие сил инерции, вязкости и капиллярных сил. Сила инерции определяет то, что жидкость стремится сохранить свое первоначальное направление, в то время как капиллярные силы замедляют движение жидкости прямо у края носика. Взаимодействие этих сил и лежит в основе «эффекта чайника». «Эффект капающего чайника» появляется при определенном угле контакта между стенкой и поверхностью жидкости. Чем меньше этот угол или чем более гидрофильным (т. е. смачиваемым) является материал чайника, тем больше замедляется отделение жидкости от чайника, тем сильнее проявляется действие капиллярных сил.
Теоретические расчеты эффекта чайника были опубликованы исследовательской группой в сентябре 2021 года в журнале “Механика жидкости”.
