Quel movimento dell’acqua misterioso per Da Vinci

Lo strano comportamento dell’acqua in determinate circostanze che ha incuriosito persino Leonardo Da Vinci.

Fu, all’epoca, Leonardo da Vinci a descrivere per la prima volta un affascinante fenomeno che coinvolgeva il flusso d’acqua e che avremmo poi notato dopo nei normali lavandini in ogni casa.

Se si apre un rubinetto, si può notare il comportamento quando l’acqua colpisce la superficie del lavandino, di fatto si crea uno strato circolare di acqua molto sottile, a flusso rapido circondato da un anello concentrico più denso di acqua.

A partire dal 1819 con il matematico italiano Giorgio Bidone, molti ricercatori hanno cercato di spiegare che cosa fa saltare l’acqua in questo modo. Ma tutte le spiegazioni e le equazioni fino ad oggi si sono basate sulla forza di gravità, ha confermato Rajesh K. Bhagat, dottorando nel dipartimento di ingegneria chimica e biotecnologie presso l’Università di Cambridge in Inghilterra.

Tuttavia, Bhagat e il suo team hanno recentemente scoperto che la gravità non ha quasi nulla a che fare con questo fenomeno comune. Piuttosto, le principali forze dietro di loro sono la tensione superficiale e la viscosità e lo hanno riportato nel loro studio, che è stato pubblicato online nel Journal of Fluid Mechanics.

Per escludere la gravità, Bhagat e il suo team hanno eseguito un semplice esperimento, hanno colpito una superficie piatta e orizzontale con un getto d’acqua per ricreare il fenomeno che si presenta in un normale lavandino domestico.

Successivamente hanno inclinato questa superficie in vari modi: verticalmente, con un angolo di 45 gradi e orizzontalmente, in modo che, alla fine, il getto d’acqua avrebbe colpito una superficie che diventava un “soffitto“. Per catturare il salto iniziale, hanno registrato ciò che accadeva con telecamere ad alta velocità.

In ogni caso, il “salto idraulico” si è verificato nello stesso punto. In altre parole, lo strato interno sottile che si muoveva rapidamente aveva le stesse dimensioni, indipendentemente dall’orientamento in cui si trovava.

Se la gravità avesse causato i salti, l’acqua sarebbe stata “distorta“, in uno qualsiasi dei piani oltre a quello orizzontale , Ha detto Bhagat. “Questo semplice esperimento dimostra che è tutto fuorché la gravità.

Per studiare le altre forze che potevano essere in gioco, i ricercatori hanno variato la viscosità del flusso d’acqua mescolandola con glicerolo, un tipo di alcol con una tensione superficiale simile a quella dell’acqua, ma è 1.000 volte più viscoso di quello dell’acqua.

Inoltre hanno mantenuto la viscosità costante e ridotto la tensione superficiale, la forza attrattiva che tiene insieme le molecole liquide sulla superficie, mescolando un ingrediente comune in un detergente chiamato sodio dodecil benzene solfonato (SDBS).

Infine, hanno variato sia la viscosità che la tensione superficiale mescolando acqua e propanolo, un altro tipo di alcol, in modo che la soluzione fosse il 25 percento più viscosa rispetto all’acqua pura, ma aveva una tensione superficiale tre volte più debole.

Ciò ha permesso ai ricercatori di isolare l’influenza di ogni forza, l’autore senior Ian Wilson, un professore di solidi morbidi e superfici, presso l’Università di Cambridge, ha dichiarato a Live Science.

Il punto è di essere “in grado di prevedere dove inizia questa transizione tra un film sottile e un film spesso“, ha detto Wilson. Molte delle precedenti teorie non potevano farlo, perché la posizione del “salto idraulico” cambia una volta che lo spesso strato colpisce una sorta di bordo, come il bordo del lavandino.

Il salto si verifica nel punto in cui le forze derivanti dalla tensione superficiale e dalla viscosità si sommano e bilanciano la quantità di moto dal getto liquido, hanno confermato gli autori dello studio.

Sapere dove si verifica il salto per primo potrebbe avere applicazioni nell’industria, ha detto Wilson. Lo strato sottile che si forma prima del salto ha una forza molto maggiore rispetto a quella dello strato più spesso, rendendo così l’area più sottile più efficiente nel trasferimento del calore .

fonte@LiveScience – Foto@Flickr

 

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