16 세기 레오나르도 다빈치 (Leonardo da Vinci)는 처음에는 물과 관련하여 나중에 수압 점프로 알려진 매혹적인 현상을 묘사했습니다. 그리고 불과 5 세기 후에 과학자들은 마침내 왜 그런 일이 일어 났는지 설명했습니다.
이 점프는 과학자들에게만 보이는 모호한 속성이 아닙니다. 당신은 정말로 당신의 부엌으로 걸어가거나 샤워를해서 그것을보아야합니다.
수도꼭지를 켜면 물이 싱크대 표면에 닿으면 어떻게되는지 확인하십시오. 그것은 두껍고 동심원의 난류로 둘러싸인 매우 얇고 빠르게 흐르는 원형의 물 층을 만듭니다. 유압 점프는 물이 올라가서 더 두꺼운 층을 형성하는 지점을 말합니다.
1819 년 이탈리아 수학자 조르지오 비돈 (Giorgio Bidone)을 시작으로 많은 연구자들이 물이 이런 식으로 튀는 원인을 설명하려고 시도했습니다. 그러나 영국의 케임브리지 대학 (University of Cambridge)의 화학 공학 및 생명 공학과의 박사 후보자 인 Rajesh K. Bhagat는 현재까지 모든 설명과 방정식이 중력에 의존하고 있다고 말했다.
중력을 배제하기 위해 Bhagat와 그의 팀은 간단한 실험을 수행했습니다. 그들은 물이 분사되어 평평한 수평면에 부딪쳐 간단한 유압 점프를 만듭니다. 주방 싱크대에서 물을 켰을 때와 같은 종류입니다. 그러나 그들은 수직, 45도 각도 및 수평 으로이 표면을 다양한 방식으로 기울였습니다. 그래서 마지막으로 물 제트가 천장이 된 표면에 부딪 쳤습니다. 초기 점프를 포착하기 위해 고속 카메라에서 발생한 일을 기록했습니다.
모든 경우에 유압 점프는 같은 지점에서 일어났습니다. 다시 말해서, 얇고 빠르게 움직이는 내층은 평면이 어느 방향에 있든지 상관없이 같은 크기입니다. 중력이 점프를 일으킨 경우, 수평 이외의 평면에서 물이 "왜곡"되었을 것입니다. Bhagat가 말했다. "이 간단한 실험은 그것이 중력에 지나지 않는다는 것을 증명합니다."
새로운 이론은 중력으로 끝나지 않습니다
연구진은 다른 힘을 연구하기 위해 물과 비슷한 표면 장력을 갖는 알코올의 일종 인 글리세롤과 혼합하여 물 흐름 점도를 변화 시켰습니다. 물보다 1,000 배나 점성이 높습니다.
또한 나트륨 도데 실 벤젠 설포 네이트 (SDBS)라는 세제에 공통 성분을 혼합하여 점도를 일정하게 유지하고 표면에 액체 분자를 결합시키는 인력 인 표면 장력을 감소 시켰습니다.. 마지막으로, 다른 종류의 알코올 인 물과 프로판올을 혼합하여 점도와 표면 장력을 변화시켜 용액이 순수한 물보다 25 % 더 점성이지만 표면 장력이 3 배 약해졌습니다.
이로 인해 연구원들은 각 힘의 영향을 분리 할 수 있었으며, 케임브리지 대학의 연성 고체 및 표면 교수 인 이안 윌슨 (Ian Wilson)은 라이브 사이언스에 말했다.
윌슨은“박막과 후막 사이의 전환이 어디에서 시작되는지 예측할 수 있어야한다”고 말했다. 두꺼운 층이 싱크의 가장자리와 같은 일종의 가장자리에 닿으면 유압 점프의 위치가 변경되기 때문에 이전의 많은 이론은 그렇게 할 수 없었습니다.
표면 장력과 점도의 힘이 합쳐져 액체 제트의 운동량과 균형을 이루는 지점에서 점프가 발생한다고 저자들은 밝혔다.
윌슨은이 점프가 어디에서 처음으로 시작되는지 알면 업계에서 응용 프로그램을 사용할 수 있다고 말했다. 점프 전에 형성되는 얇은 층은 두꺼운 층보다 훨씬 더 많은 힘을 전달하므로, 얇은 영역은 열을 전달하는 데보다 효율적이다.
Bhagat에 따르면 고속 물 분사는 우유 가공에서의 세척 및 항공기 터빈 블레이드 또는 실리콘 반도체의 냉각과 같은 산업 응용 분야에 사용됩니다. 이러한 응용 분야에서 간헐적으로 물을 분사하는 것이 더 효율적이라고 Wilson은 말했다. 이러한 간헐적 제트기의 효율성을 높이려면 초기 유압 점프가 발생하는 위치를 예측할 수 있어야한다고 그는 말했다.
