Колко време отнема последната капка? Физици разкриват точната формула

Колко пъти си чакал последните капки сироп, зехтин или душ гел да се стечeт от бутилката? Това ежедневно изпитание на търпението се дължи на сложната физика на течностите. Благодарение на физици от Brown University, вече може да се предвиди колко време е нужно, за да се изпразни напълно бутилка – стига човек да владее правилната математика.

Според Джей Танг и Томас Дута, автори на ново изследване в Physics of Fluids, ключът е в уравненията на Навие–Стокс. Те описват движението на течностите чрез закона на Нютон за силата и ускорението.

Танг обикновено изучава биофизиката на бактериите и поведението им върху влажни повърхности, но кухненските течности се оказват идеален модел за експерименти. Дута си спомня как баба му винаги се борела да изкара последните капки от опаковките, а Танг имал свои битки – например при почистването на своя чугунен уок.

„Физиката на тънките течни слоеве е навсякъде в нашата работа, затова решихме да я използваме като тренировъчно упражнение“, казва Дута.

Екипът се фокусира върху т.нар. вискозен режим в уравненията на Навие–Стокс – когато движението на течността се определя от вътрешното триене. Дута използва формулите, за да предвиди колко време отнема на течности с различен вискозитет да се стичат по наклонена повърхност. След това тестват теорията, като наливат вода, прясно мляко, пречистено масло (гхи) и зехтин върху плоча, наклонена на 45 градуса, и измерват колко време е нужно, докато 90% от течността се оттече.

Резултатите потвърждават изчисленията: всичко зависи от вискозитета. Водата достига 90% за секунди, докато студен кленов сироп може да се стича с часове. Учените обаче научават и нещо ново.

„Останах изненадан и малко разочарован. Обикновено чакам минута-две, но се оказва, че трябва да съм много по-търпелив“, признава Танг.

Той често оставя уока да се отцеди сам, без да го подсушава, за да не премахне масленото покритие. В същото време иска да остане възможно най-малко течност, за да избегне ръжда. Според изчисленията и експериментите, трябва да изчака около 15 минути, преди да направи второто накланяне.

Освен че помагат в кухнята, тези уравнения ще подпомогнат и основната работа на екипа – изследването на бактериалната динамика.

„Това е физика, която присъства навсякъде в нашите изследвания. Просто се оказва, че е и физиката на ежедневието в кухнята“, казва Танг.