Каждый из нас наблюдал появление белесых колец на стенках кастрюли после варки макарон в подсоленной воде. Интересное бытовое наблюдение вдохновило исследователей из Университета Твенте в Нидерландах и Французского национального института сельского хозяйства во время дружеского вечера за настольными играми и пастой. Ученые задались целью выяснить идеальные условия для формирования эстетически привлекательного соляного кольца: какой размер кристаллов использовать, как быстро их добавлять и какой объем воды оптимален.
Результаты увлекательного исследования опубликованы в престижном журнале Physics of Fluids. Примечательно, что эксперимент доступен для повторения в домашних условиях. Матье Сузи, ведущий автор работы, делится воспоминаниями о том, как первые идеи экспериментов были записаны на детской доске после ужина. Исследование показало, что за простым бытовым явлением скрывается целый комплекс захватывающих физических процессов.
Внутри кастрюли разворачивается настоящее физическое представление. При попадании в воду каждая частица соли, подчиняясь гравитации, опускается на дно, создавая вокруг себя волновые колебания. При одновременном погружении множества кристаллов возникает интересный эффект: частицы реагируют на возмущения потока от соседних кристаллов, что приводит к их горизонтальному перемещению и формированию расширяющегося кругового узора.
При быстром достижении дна кристаллами соли формируется круговой осадок, а водные потоки, увлекаемые облаком частиц, способствуют их радиальному распределению. В результате в центре образуется свободное пространство, лишенное солевых отложений.
Особенно интересный эффект наблюдается при добавлении соли с большей высоты. В этом случае кристаллы оседают медленнее, а облако частиц постепенно расширяется в стороны. Когда расстояние между частицами становится достаточно большим, и влияние потоков ослабевает, кристаллы начинают равномерно оседать, создавая однородный круговой узор.
По словам Сузи, несмотря на внешнюю простоту, это явление демонстрирует множество физических процессов: седиментацию, особенности невязкого течения, дальние взаимодействия между частицами и вовлечение в поток. Увлекательным открытием стала возможность сортировки кристаллов по размеру — крупные частицы смещаются сильнее мелких. Теперь исследователь может похвастаться мастерством создания изящных соляных узоров при каждом приготовлении пасты.
[Фото: Mathieu Souzy / American Institute of Physics]
Источник: scientificrussia.ru
