Главная » 2010 » Февраль » 19 » Столкновение твердого тела с жидкостью может генерировать сверхзвуковой воздушный поток
09:09
Столкновение твердого тела с жидкостью может генерировать сверхзвуковой воздушный поток
Известно, что при падении твердого тела в жидкость возникает воздушная полость, которая под действием гидростатического давления спустя некоторый промежуток времени схлопывается, образуя характерный всплеск. Эксперименты по столкновению тонкого диска с поверхностью воды, проведенные группой голландских и испанских физиков, и последующее численное моделирование указывают на то, что воздушная полость дополнительно создает еще и сверхзвуковую струю воздуха, которая может вытекать из полости со скоростью около 580 м/с.
Столкновение твердого тела с ровной поверхностью жидкости рождает последовательность нетривиальных событий, являющихся предметом активного интереса ученых на протяжении уже более ста лет. В 1908 году была издана книга «Splash of a drop» английского физика Артура Уортингтона. В своей книге он впервые подробно исследовал и описал процесс столкновения твердого тела с жидкой средой. Если попытаться кратко изложить это явление, происходит следующее: сталкивающийся объект образует в жидкой среде полость с вертикальной осью симметрии, которая, благодаря гидростатическому давлению, начинает схлопываться, что приводит к образованию воздушного перешейка (или сужения) и в конечном итоге — к отсечке стенками жидкости воздушной полости. Далее из точки, где воздушная полость отсекается, выбрасываются вверх и вниз две очень тонкие струи — струи Уортингтона.
Теперь эта же коллаборация обнаружила необычный эффект, который возникает при падении тела в жидкость. Оказывается, схлопывающаяся воздушная полость создает струю воздуха, которая имеет скорость, близкую к скорости звука. Более того, в самый последний момент, перед тем как воздушная полость отсекается жидкостью, скорость вытекающего из нее воздуха значительно превосходит даже скорость звука, то есть исходящий из полости поток воздуха становится сверхзвуковым. Результаты своих экспериментальных и теоретических исследований ученые опубликовали в статье Supersonic Air Flow due to Solid-Liquid Impact в журнале Physical Review Letters .
