Физики доказали способность жидкости ломаться с оглушительным треском

У простых жидкостей есть точка критического разрушения подобно твердым телам

Ученые обнаружили, что жидкости могут разрушаться подобно твердым телам. Дело в том, что у простых жидкостей есть точки разрыва, после которых они внезапно ломаются. По мнению исследователей США, это открытие имеет важнейшее значение для механики жидкости и газа в важных сферах от технологии 3D-печати до биологических систем внутри нашего организма.

Неожиданное открытие было сделано исследователями из Университета Дрексель в США, которые проводили эксперименты, чтобы выяснить, как вязкие жидкости реагируют на воздействие сильных сил, и сначала они подумали, что лабораторное оборудование сломалось. Инженер-химик Тамирес Лима призналась, что перелом сопровождался очень громким треском, который её действительно напугал, и команда повторила эксперименты несколько раз, чтобы убедиться в надежности результатов. Инженер-химик Николас Альварес добавил, что то, что они наблюдали, было настолько неожиданным, что после подтверждения феномена исследование превратилось в совершенно другое научное направление. В установке использовались жидкости, помещенные между двумя металлическими пластинами, за которыми наблюдала высокоскоростная камера при приложении различных усилий, и первый щелчок произошел, когда жидкость потянули с силой, сравнимой с силой натяжения мешка с кирпичами, подвешенного на участке размером с ноготь. Это произошло с жидкостью из смеси углеводородов, похожей на смолу, и такая же температура разрушения была впоследствии обнаружена в другой жидкости — олигомере стирола.

Отмечается, что обе жидкости были густыми и напоминали смолу. Исследователи считают, что вязкость играет ключевую роль: в более густой жидкости напряжение нарастает по-разному по сравнению с более жидкой.

«Более плотные могут трескаться, даже если их вытягивать медленнее, но для разрушения, по-видимому, требуется одно и то же усилие независимо от вязкости», — поясняют ученые. Лима объясняет, что при раздвигании с достаточной силой по площади простая жидкость, которая течет, достигает того, что они называют точкой критического напряжения, когда она действительно разрушается, как твердое тело, и это, вероятно, справедливо для всех простых жидкостей, включая такие распространенные примеры, как вода и нефть. Одной из следующих областей для изучения станет механизм, объясняющий, почему это происходит: команда обнаружила, что жидкие трещины образовались очень быстро, как только появились, со скоростью 500-1500 метров в секунду, что согласуется с кавитацией — явлением, которое изучается десятилетиями.

Гипотеза заключается в том, что при достаточном напряжении в жидкости внутри нее образуется крошечный вакуумный пузырь, который затем способствует разрыву жидкости на части, но процесс происходит так быстро, что за ним сложно уследить. Теперь, когда есть убедительные доказательства, ученым предстоит изучить, как эти трещины могут возникать в других жидкостях и за пределами лабораторных условий, а струйная печать и мягкая робототехника — это два реальных приложения, упомянутых исследователями, в которых эти результаты будут полезны. Лима заключает, что теперь будет также интересно посмотреть, как это открытие может быть применено для облегчения прядения волокон и других применений, в которых используются вязкие жидкости.