Супергидрофобный шарик утопили с почти нулевым сопротивлением воды

Супергидрофобный шарик утопили с почти нулевым сопротивлением воды

Супергидрофобные поверхности часто используются для снижения сопротивления в жидкости, но обычно эффект не превышает 20 процентов. Международный коллектив ученых показал, что если супергидрофобный или нагретый шарик бросить в воду с достаточной скоростью, то вокруг него образуется пузырек воздуха, который сам автоматически подстраивает свою форму. Это приводит к снижению сопротивления в 10 раз. Работа опубликована в Science Advances.

Супергидрофобные поверхности часто используют для снижения сопротивления в жидкости. Это возможно благодаря тому, что при контакте с водой из-за шероховатости поверхности между твердым телом и жидкостью возникает воздушный слой, в результате чего жидкость течет не вдоль твердого тела, а вдоль газа. Аналогичный эффект можно наблюдать для тел, нагретых до температуры, достаточной для кипения жидкости вокруг них, что приводит к образованию слоя пара. Однако толщина устойчивого газового слоя, который при этом образуется, обычно не превышает пары миллиметров, что приводит к максимальному снижению сопротивления порядка 10-20 процентов. Для создания более толстых воздушных слоев для снижения сопротивления, например, на торпедах используется довольно дорогая технология суперкавитации, при которой воздушный слой необходимой толщины образуется вокруг торпеды с помощью специального кавитатора в головной части снаряда. Стоит отметить, что помимо толщины газового слоя, гидродинамическое сопротивление сильно зависит и от формы снаряда. Сейчас для определения оптимальной формы, как правило, используются довольно трудоемкие компьютерное моделирование или эксперименты в гидродинамической трубе.

В своей новой работе физики показали, что если сферическое тело с необходимыми свойствами поверхности бросить в воду с достаточной скоростью, то вокруг него автоматически формируется газовый пузырь нужной формы, который приводит к практически нулевому сопротивлению. Образование пузыря ученые наблюдали в двух случаях: если поверхность шарика супергидрофобная или он нагрет до температуры 400 градусов, достаточной для эффекта Лейденфроста. В первом случае шарик захватывает с собой газ при погружении в воду, а во втором — создает вокруг себя необходимое количество пара за счет испарения жидкости.

Оказалось, что коэффициент сопротивления для системы «шарик в пузыре» составляет около 0,02, что примерно в 10 раз меньше, чем для твердой частицы такой же формы, но с гидрофильной поверхностью. При этом скорость всей этой системы «шарик в пузыре» из-за необходимости удовлетворять уравнению Бернулли тоже не случайная, а полностью определяется силой тяжести, то есть плотностью материала, из которого шарик состоит.

Таким образом, автоматическая настройка необходимой формы и возможность управления скоростью объекта, вероятно, смогут быть использованы в дальнейшем для управления гидродинамическим сопротивлением в жидкостях, и получать объекты с почти нулевым сопротивлением. Стоит отметить, что разнообразие способов применения супергидрофобных поверхностей довольно велико и не ограничивается только снижением сопротивления. Также они могут быть использованы в качестве противоолединительных и водоотталкивающих поверхностей, а также, например, для управления полетом капель или охлаждения процессоров.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Создана ткань, которую нельзя выпачкать
Австралийские ученые разработали новое тканевое покрытие, которое не поддается загрязнению: оно активно отталкивает от себя грязь, сильные кислоты, жиры и другие загрязнители. Тун Линь совместно со своими коллегами из Университета Дикена в Австралии объясняют, что при создании нового типа ткани ..
2012-05-7 1246 0 Технология
0
Установлен новый рекорд квантовых вычислений
Ученые из Австралии и Японии, используя новую физическую реализацию кубита, установили новый рекорд квантовых вычислений. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Nanotechnology. Специалисты создали особую физическую реализацию кубита — квантового обобщения классического бита. ..
2014-10-15 1077 0 Технология
0
Китайцы получили сверхлегкий материал на основе графена
Китайские химики из Пекинского технологического института разработали самый лёгкий из существующих графеновый каркас, передает «Компьютерра–Онлайн». Материал, вес которого выдерживают даже зонтики одуванчика, обладает рекордным ёмкостным сопротивлением и адсорбцией, а также является огнеупорным.Рекордсменом низкой плотности остается ..
2012-10-16 1886 0 Технология
1
Новый тип микроскопа работает на нейтронах
Исследователи из МИТ (Массачусетский технологический институт) в сотрудничестве с НАСА разработали принципиально новый микроскоп, который, для получения изображений высокой четкости, будет использовать нейтроны — субатомные частицы с нулевым зарядом — вместо пучка света или электронов. Помимо прочих преимуществ, ..
2013-10-6 887 0 Технология
0
Создан термоэлектрик с рекордной эффективностью
Американские ученые создали материал, преобразующий тепло в электричество с рекордной эффективностью, превышающей в два раза эффективность уже известных подобных материалов. Работа опубликована в журнале Nature, ее краткое описание приводит Nature News. Термоэлектриками называют вещества, способные вырабатывать электричество при различии ..
2012-09-21 1478 0 Технология
0
Ученые имплантировали лазеры в живые клетки
Британским ученым удалось имплантировать миниатюрные лазеры в живые клетки. Теперь с помощью этих устройств можно будет отслеживать перемещения отдельных клеток на протяжении нескольких дней и даже недель. О новой технологии рассказывается на страницах журнала Nano Letters, ..
2015-07-24 3678 0 Технология
0
На Земле вспыхнет маленькое искусственное солнце
Американские ученые из Lawrence Livermore National Laboratory зажгут на Земле маленькое искусственное Солнце. По их прогнозам, в результате эксперимента должно выделиться в 10 раз больше энергии, чем будет затрачено на то, чтобы инициировать реакцию. Губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер в ходе последнего посещения ..
2012-09-4 1221 0 Технология
0
Ученые создают беcшумный водный двигатель
Наряду с извивающимися щупальцами, осьминоги и кальмары «щеголяют» еще одной своей интересной особенностью — они плавают, не размахивая хвостом, а выталкивая струю воды. Это позволяет им двигаться очень быстро и тихо. Ученые из института «Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation» (Германия) ..
2013-07-7 1482 0 Технология
0
Ученые нашли альтернативу сверхпроводникам
Открытие японских ученых вновь всколыхнуло интерес в научном мире к "холловским" сверхпроводникам. В них отсутствие сопротивления основано на так называемом "квантовом эффекте Холла". Прежде такие проводники считались неперспективными - для их создания требовалось много энергии. Но данное исследование показало, что без всего ..
2012-08-31 1053 0 Технология
0
Рекорд эффективности термоядерного синтеза побили в миниатюрном реакторе
Физики из Университета Рочестера достигли с помощью установки OMEGA условий, которые позволят в пять раз побить существующий рекорд энергии, выделяемой в инициируемой лазерами термоядерной реакции. Для этого потребуется масштабировать эксперимент до размеров другого известного реактора — NIF (National Ignition ..
2016-09-08 11152 0 Технология
0
Ионный двигатель НАСА проработал почти пять лет без остановки
Ионный двигатель под названием NEXT установил новый рекорд беспрерывной работы. В лаборатории американского космического агентства NASA он проработал 43 тысячи часов или почти пять лет. Двигатель мощностью семь киловатт предназначен для приведения в движение космических зондов там, ..
2013-01-2 1238 0 Технология
0
Разработан материал, отталкивающий любую жидкость
Ученые разработали материал, который отталкивает любую жидкость - как водные растворы, так и жировые, что позволит создавать поверхности, почти не подверженные загрязнению.Любая жидкость, помещенная на поверхность, растекается или собирается в капли, что определяется как свойствами поверхности, так и свойствами самой жидкости, пишет  sunhome.ruВ ..
2012-06-18 3265 0 Технология
0
Ученые планируют клонировать антитела для борьбы с ВИЧ
Ученые проследили эволюцию вируса ВИЧ, для определения развития его с момента заражения человека. Медики смогли создать карту развития вируса, для поиска уязвимых точек в белково-углеводной оболочке вируса. Группа ученых из Университета Дьюка определили в теле человека антитела, ..
2013-04-5 930 0 Технология
0
Эмпайр Стэйт Билдинг переходит на зеленую энергию
Когда то владельцы Эмпайр Стейт Билдинг (Нью-Йорк) предусматривали стыковку к шпилю небоскреба воздушных суден (дирижаблей). Но в последствии отказались от этой затеи, из-за очень мощных восходящих потоков воздуха воздействующих на дирижабль. На сегодняшний день всемирно известное здание, ..
2012-05-28 928 0 Технология
0
Надувная ветровая турбина успешно прошла первые испытания
Пожалуй, самую необычную ветровую турбину испытали на днях американцы. Специалисты компании Altaeros Energies запустили в небеса устройство под названием Airborne Wind Turbine (AWT). Оно отличается от собратьев и больше напоминает мельницу на аэростате. AWT представляет собой ветряк, "спрятанный" ..
2012-03-30 1540 0 Технология
0