Au XVIe siècle, Léonard de Vinci a décrit pour la première fois un phénomène fascinant impliquant l'eau qui est devenu plus tard connu sous le nom de saut hydraulique. Et à peine cinq siècles plus tard, les scientifiques ont finalement expliqué pourquoi cela se produit.
Ce saut n'est pas une propriété obscure qui n'est visible que par les scientifiques. Vous avez vraiment juste besoin d'entrer dans votre cuisine ou de sauter sous la douche pour le voir.
Si vous ouvrez un robinet, remarquez ce qui se passe lorsque l'eau frappe la surface de l'évier. Il crée une couche d'eau circulaire très mince et à écoulement rapide entourée d'un anneau concentrique plus épais d'eau turbulente. Un saut hydraulique fait référence au point où l'eau monte et forme la couche la plus épaisse.
À partir de 1819 avec le mathématicien italien Giorgio Bidone, de nombreux chercheurs ont tenté d'expliquer ce qui fait sauter l'eau de cette manière. Mais toutes les explications et équations à ce jour se sont appuyées sur la gravité comme force majeure, a déclaré l'auteur principal Rajesh K. Bhagat, doctorant au département de génie chimique et de biotechnologie de l'Université de Cambridge en Angleterre.
Pour exclure la gravité, Bhagat et son équipe ont effectué une expérience simple. Ils ont frappé une surface plane et horizontale avec un jet d'eau pour créer un saut hydraulique simple - le même genre que vous verriez si vous allumiez l'eau à l'évier de la cuisine. Mais ensuite, ils ont incliné cette surface de différentes manières: verticalement, à un angle de 45 degrés et horizontalement - de sorte qu'au dernier, le jet d'eau toucherait une surface qui est devenue un plafond. Pour capturer le saut initial, ils ont enregistré ce qui s'est passé avec les caméras haute vitesse.
Dans tous les cas, le saut hydraulique s'est produit au même point. En d'autres termes, la couche intérieure mince et à mouvement rapide était de la même taille, quelle que soit l'orientation de l'avion. Si la gravité avait provoqué les sauts, l'eau aurait été "déformée" dans n'importe lequel des plans en plus de l'horizontale. , A déclaré Bhagat. "Cette simple expérience prouve que c'est tout sauf la gravité."
La nouvelle théorie n'est pas en panne avec la gravité
Pour étudier les autres forces qui auraient pu être en jeu, les chercheurs ont fait varier la viscosité du jet d'eau - une mesure de la mesure dans laquelle il peut résister à l'écoulement - en le mélangeant avec du glycérol, un type d'alcool avec une tension de surface similaire à celle de l'eau, mais c'est 1000 fois plus visqueux que l'eau.
Ils ont également maintenu la viscosité constante et réduit la tension superficielle - la force d'attraction qui maintient les molécules liquides ensemble à la surface - en mélangeant un ingrédient commun dans un détergent appelé dodécyl benzène sulfonate de sodium (SDBS). Enfin, ils ont fait varier à la fois la viscosité et la tension superficielle en mélangeant de l'eau et du propanol, un autre type d'alcool, de sorte que la solution était 25% plus visqueuse que l'eau pure mais avait une tension superficielle trois fois plus faible.
Cela a permis aux chercheurs d'isoler l'influence de chaque force, a déclaré à Live Science Ian Wilson, professeur principal des solides et des surfaces mous, également à l'Université de Cambridge.
Le but est de pouvoir «prédire où commence cette transition entre un film mince et un film épais», a déclaré Wilson. Beaucoup de théories précédentes ne pouvaient pas faire cela, car l'emplacement du saut hydraulique change une fois que la couche épaisse frappe une sorte de bord, comme le bord de l'évier.
Le saut se produit à l'endroit où les forces de la tension superficielle et de la viscosité s'additionnent et équilibrent l'élan du jet de liquide, ont découvert les auteurs.
Savoir où ce saut se produit pour la première fois pourrait avoir des applications dans l'industrie, a déclaré Wilson. La couche mince qui se forme avant le saut exerce beaucoup plus de force que la couche plus épaisse, ce qui rend la zone plus mince plus efficace pour transférer la chaleur.
Les jets d'eau à grande vitesse sont utilisés dans des applications industrielles, telles que le nettoyage dans le traitement du lait et le refroidissement des pales de turbine d'avion ou des semi-conducteurs en silicium, a déclaré Bhagat. Souvent dans ces applications, les jets d'eau intermittents sont plus efficaces, a déclaré Wilson. Pour améliorer l'efficacité de ces jets intermittents, vous devez être en mesure de prédire où se produisent les sauts hydrauliques initiaux, a-t-il déclaré.
