Физики описали три сценария растрескивания капли воды при замерзании

Исследователи из института Жана Лерона ДАламбера публиковали изучение, в котором разглядели три сценария происхождения трещин при замерзании капель при падении на холодную железную поверхность.

Физики описали три сценария растрескивания капли воды при замерзании

© Elisabeth Ghabache et al. | arXiv.org
Под любой сценарий физики внесли предложение предельную температуру и математическую модель, при которой один сценарий будет переходить в второй.

Именно поэтому изучению удастся разобраться в том, как при остывании трескаются лаки, эмали и другие материалы.
Экспериментаторы установили скоростную камеру и стали следить за тем, как мёрзнут капли (их температура была неизменно на уровне 0 градусов Цельсия) по окончании их падения на холодную железную поверхность ? от 0 до −60 градусов Цельсия. В момент, в то время, когда капля соприкасалась с металлом, она его смачивала и примерзала, оставаясь неподвижной.

Но капля волновалась температурное сжатие, которое и приводило ее к образованию в ней механических напряжений, заставляя ее трескаться.
Так ученые обрисовали три сценария замерзания: без трещин, с трещинами, идущими из одной точки, и с иерархическим образованием трещин. Трещин получалось избежать, в случае если отличие температуры между металлом и каплей была малом.

Второй сценарий проходил, в случае если поверхность металла была охлаждена до −27 градусов: напряжение неспешно накапливалось и неожиданно рассеивалось при появлении первого центра трещинообразования. Третья схема срабатывала при перепаде температур ? 42 градусов. Капля растрескивалась вся, оставляя отдельные целые островки.

Потом физики переложили собственные наблюдения на математический язык, применяя теорию Гриффита, которая разрешила установить связь между энергией, запасенной в механическом напряжении, и размерами трещин.
Исследователи сравнивают второй сценарий растрескивания капли с поведением батавских слезок, каковые кроме этого именуют каплями принца Руперта. Эти стеклянные капли образуются при резком охлаждении расплавленного материала.

Наряду с этим верхняя часть капли делается поразительно прочной и может выдержать удар молотка. В том время, как в случае если отломить частичку от ее хвоста, она мгновенно рассыпается на осколки.

Вода при замерзании расширяется или сужается


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: