Мыльная пленка может вести себя совсем не так спокойно, как нам кажется. Российские ученые выяснили, какая сила заставляет ее покрываться вихрями.
Обычная мыльная пленка скрывает гораздо более сложную физику, чем можно предположить при взгляде на нее. На границе воды и воздуха могут возникать организованные вихревые структуры, причем для их появления вовсе не обязательно изменение поверхностного натяжения. Механизм этого процесса удалось математически описать исследователям Института механики сплошных сред УрО РАН. Результаты работы опубликованы в журнале «Вычислительная механика сплошных сред».
Мыльная пленка как самостоятельная гидродинамическая система
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) окружают нас повсюду: они содержатся в мыле, моющих средствах и жирных кислотах. Их молекулы устроены необычно: одна часть взаимодействует с водой, другая стремится избежать контакта с ней. Эти свойства называются гидрофильностью и гидрофобностью. ПАВ концентрируются на поверхности жидкости и уменьшают ее поверхностное натяжение.
Однако тонкий слой таких молекул — не просто граница между водой и воздухом. Он обладает собственной вязкостью и упругостью, поэтому способен вести себя как самостоятельная двумерная гидродинамическая система.
Именно здесь и возникает загадка. Традиционно считалось, что движение пленки запускают силы Марангони, появляющиеся из-за неодинакового поверхностного натяжения в разных участках границы сред. Но эксперименты пермских ученых, опубликованные в 2022 году в Journal of Fluid Mechanics, показали другую возможность: вихревое движение развивается даже при однородном поверхностном натяжении. Достаточно того, чтобы движущаяся под пленкой жидкость передавала ей импульс через вязкое трение.
Источник: hi-tech.mail.ru