Cơ chế thuỷ động học trong ống nghiệm rơi

26

Cơ chế thuỷ động học trong ống nghiệm rơi

G. I. Pokrovsky

Đổ nước vào ống nghiệm thông thường và dùng tay giữ như trong hình, thả rơi (từ độ cao nhỏ), giữ nguyên tư thế thẳng đứng trên mặt bàn. Bề mặt này phải chạm tới mặt nước thì mới có thể xuyên qua và tạo ra một cú đánh mạnh. Tại thời điểm va chạm như vậy, dòng nước trong ống nghiệm (do tác dụng của lực mao dẫn) có dạng lõm sẽ nhanh chóng bằng phẳng và một dòng nước mỏng sẽ nhanh chóng hướng lên trên từ phần trung tâm dọc theo trục xuyên thấu. Máy bay phản lực này vỡ thành từng giọt và giọt đầu tiên bay lên đến độ cao vượt quá đáng kể so với độ cao rơi của ống nghiệm. Điều này có nghĩa là năng lượng của nước trong ống nghiệm tại thời điểm va chạm được phân phối lại sao cho một phần nhỏ nước gần phần trung tâm của mặt sụn nhận được tốc độ lớn hơn và nhanh chóng bị ném lên trên.

Một thiết bị phân phối lại năng lượng có thể được gọi là cơ chế. Thông thường, từ này dùng để chỉ sự kết hợp của các bộ phận được làm bằng vật chất rắn (đòn bẩy, bánh răng, v.v.). Tuy nhiên, có thể có những cơ chế được tạo thành từ chất lỏng và thậm chí cả chất khí. Một ví dụ về cơ chế loại này là nước trong ống nghiệm.

Cơ chế thủy động lực có tầm quan trọng đặc biệt khi tác động rất mạnh, không thể chịu được bởi các bộ phận thông thường làm bằng vật chất rắn. Ví dụ, khi một chất nổ công suất cao phát nổ, một phần năng lượng của vụ nổ này có thể được tập trung bằng cách tạo ra một chỗ lõm trong điện tích và chèn một lớp sóng kim loại vào đó. Lực nổ phá hủy lớp lót kim loại và tạo ra dòng kim loại mỏng. Tốc độ của tia này có thể (với hình thức hướng mặt thích hợp) đạt vận tốc thoát thứ hai.

Như vậy, việc quan sát và phân tích đánh giá một hiện tượng đơn giản và khiêm tốn xảy ra trong ống nghiệm cho thấy một trong những vấn đề thú vị nhất trong thủy động lực học tốc độ cực cao.

Nước bắn tung tóe vào ống nghiệm đang rơi. Đường chấm 1 là hình dạng mặt nước trước khi va chạm, nét liền 2 là hình dạng ngay sau khi va chạm.