Fizikai ir inžinieriai praneša aptikę reiškinį, kuris keičia įprastą supratimą apie skysčius: tam tikromis sąlygomis jie gali ne tik tekėti ir temptis, bet ir staiga lūžti tarsi kietos medžiagos. Tyrėjai nustatė aiškų lūžio tašką, kai skystis, veikiamas pakankamai didelės įtempio koncentracijos, staiga „perskyla“.
Atradimą atliko Drexel University mokslininkai, dirbę kartu su „ExxonMobil“ tyrėjais. Bandymuose buvo tiriama, kaip klampūs skysčiai elgiasi esant didelėms apkrovoms, o rezultatas iš pradžių atrodė kaip įrangos gedimas, nes lūžį lydėjo ryškus spragtelėjimas.
„Lūžis sukėlė labai garsų spragtelėjimą, kuris mane net išgąsdino“, – sakė Drexel University chemijos inžinierė Thamires Lima.
Kas buvo išbandyta laboratorijoje
Eksperimente skystis buvo įspraudžiamas tarp dviejų metalinių plokštelių ir tempiamas, o procesas filmuojamas didelio greičio kamera. Pirmasis lūžis užfiksuotas klampiame, degutą primenančiame angliavandenilių mišinyje, vėliau analogiškas elgesys pastebėtas ir kitoje medžiagoje, vadinamoje stireno oligomeru.
Tyrėjai pabrėžia, kad reiškinį patikrino pakartotiniais bandymais. Įdomu tai, kad lūžis pasireiškė pasiekus vadinamąjį kritinį įtempį, o ne vien dėl tempimo greičio: klampesni skysčiai gali skilti ir tempiami lėčiau, tačiau pati kritinė riba, panašu, išlieka panaši.
„Tai, ką stebėjome, buvo taip netikėta, kad patvirtinus reiškinį tyrimas virto visiškai kitu moksliniu darbu“, – sakė Drexel University chemijos inžinierius Nicolas Alvarez.
Kodėl tai svarbu pramonei ir medicinai
Skysčių lūžio mechanika gali turėti praktinių pasekmių technologijoms, kuriose skysčiai patiria didelius vietinius įtempius, pavyzdžiui, rašalinių spausdintuvų galvutėse, pluošto formavime ar pažangioje 3D spausdinimo įrangoje. Tokiose sistemose svarbu tiksliai prognozuoti, kada medžiaga išlaikys vientisumą, o kada staiga praras struktūrą.
Mokslininkai taip pat atkreipia dėmesį į biologines sistemas: kraujas, gleivės ir kiti kūno skysčiai dažnai yra klampūs ir sudėtingos sudėties, todėl vietinės įtempių koncentracijos gali turėti įtakos mikrocirkuliacijai ar medicinos prietaisų veikimui. Nors dabar stebėtas efektas buvo fiksuotas laboratorinėmis sąlygomis, jo principai gali padėti geriau suprasti, kaip skysčiai elgiasi ekstremaliose situacijose.
Kas gali vykti skysčio viduje
Tyrėjų duomenimis, įtrūkiai plito itin greitai, maždaug 500–1 500 metrų per sekundę greičiu. Toks greitis siejamas su kavitacija, kai dėl didelio įtempio skystyje susiformuoja labai maža vakuumo pūslelė, galinti tapti lūžio pradžia ir „praplėšti“ skystį.
Mokslininkai pabrėžia, kad ankstesniuose darbuose skysčių „trūkinėjimas“ buvo siejamas su specifinėmis būsenomis, pavyzdžiui, stipriu atšaldymu ar ypatingais mišiniais. Šį kartą naujumas tas, kad kalbama apie paprastus, tekėti galinčius skysčius ir apie aiškiai apibrėžiamą kritinę ribą, pasiekiamą vien dėl pakankamai didelio įtempio plote.
„Mūsų rezultatai rodo, kad pakankamai didele jėga, tenkančia ploto vienetui, tempiamas paprastas skystis pasiekia kritinį įtempį ir tada iš tiesų lūžta kaip kietas kūnas“, – sakė T. Lima.
Tyrėjai priduria, kad kitas žingsnis bus tiksliau paaiškinti, kodėl taip nutinka, ir patikrinti, kaip šis elgesys pasireiškia kituose skysčiuose bei realiomis, ne laboratorinėmis sąlygomis. Jei reiškinys būtų plačiai pritaikomas, jis galėtų pakeisti kai kurių procesų modeliavimą ir saugos ribas pramonėje, kur klampūs skysčiai patiria dideles apkrovas.
Rezultatai paskelbti mokslo žurnale Physical Review Letters.
Šaltiniai:
– https://drexel.edu/news/archive/2026/March/liquid-breaking-point
– https://doi.org/10.1103/t2vy-32wr
Leave a Reply