Ha csöpög a vízcsap...<br/>

Ha csöpög a vízcsap, a legtöbb ember szerelőt hív, vagy előveszi szerszámait, és maga lát hozzá a hiba elhárításához. Némely fizikusnak azonban a csöpögő csap látványáról valami egészen más jut az eszébe.

A látszólag egyszerű jelenséget leíró egyenletek matematikailag annyira bonyolultak, hogy csak a legutóbbi időkben sikerült őket megoldani. A Chicagói Egyetem kutatóinak nemrég közzétett elemzése szerint a leszakadó csepp elvékonyodása (a szakadási pont környezete) fraktáltulajdonságokat mutat, azaz a róla készített metszetek - különféle léptékekben nézve - geometriailag hasonlók egymáshoz. Ezt az elméleti következtetést a kutatók olyan kísérletekkel is igazolták, amelyekben a folyadékcseppek egy másik folyadékban hulltak alá, és az ekként lelassított mozgást lépésről lépésre tüzetesen megvizsgálhatták.
Annak ismerete, hogy egy folyadék hogyan szakad cseppekre, számos ipari alkalmazásban hasznosítható, például a tintasugaras nyomtatók festékanyagának kikeverésében, továbbá szórópisztollyal felhordható festékeknek, oltóanyagoknak, permetezőszereknek a gyártásában. A látszólag egyszerű jelenség matematikai leírása azonban messze túlmutat ezeken a problémákon: az egyenletek megoldása során megjelenő végtelen mennyiségek és azok kiküszöbölésének módja olyan bonyolult jelenségekkel áll szoros rokonságban, mint a folyadékok turbulens áramlása, a csillagok keletkezése vagy a fekete lyukak körüli gravitációs mező leírása. Sidney Nagel és munkatársai a Chicagói Egyetemen úgy vélik, hogy a csepp leszakadására felállított matematikai modelljük és annak kísérleti ellenőrzése egy egyszerűen vizsgálható rendszeren közelebb visz az említett bonyolultabb problémák megoldásához is.
Nagel és munkatársai eleinte különféle viszkozitású folyadékcseppek esését vizsgálták levegőben, de ezekben a kísérletekben nem sikerült közvetlenül igazolniuk elméletüknek már említett legérdekesebb előrejelzését, azt, hogy a leszakadási zóna környezetéről a folyamat bármely időpontjában készített pillanatfelvételek önmagukhoz hasonló alakzatokat adnak - azaz a koordinátarendszer skálabeosztásától eltekintve azonosak.
Legutóbbi kísérletükben nagy sebességű videokamerájukkal azt vették filmre, hogyan szakadnak le egy csepegtető végéről glicerin és víz keverékének cseppjei szilikon és más olajokba. A folyadékok nagy viszkozitása miatt a mozgás annyira lelassult, hogy a kutatóknak sikerült a leszakadást megelőző 50 ezredmásodpercen belül három pillanatfelvételt készíteniük a szakadó cseppről, s azokat egymással összehasonlítva igazolni tudták elméletüket. Sőt, a kísérletek alapján magát a modellt is továbbfejlesztették, és egy olyan általánosabb leírást dolgoztak ki, amely a csepp leszakadásának sebességét közvetlen kapcsolatba hozza a két folyadék viszkozitásával.

(ÉT)

Ajánló: