Nel XVI secolo, Leonardo da Vinci descrisse per la prima volta un affascinante fenomeno che coinvolge l'acqua che in seguito divenne noto come il salto idraulico. E solo cinque secoli dopo, gli scienziati hanno finalmente spiegato perché ciò accada.
Questo salto non è una proprietà oscura visibile solo agli scienziati. Devi solo entrare nella tua cucina o saltare nella doccia per vederlo.
Se apri un rubinetto, nota cosa succede quando l'acqua colpisce la superficie del lavandino. Crea uno strato d'acqua molto sottile, a flusso rapido e circolare, circondato da un anello più denso e concentrico di acqua turbolenta. Un salto idraulico si riferisce al punto in cui l'acqua sale e forma lo strato più spesso.
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 finora si sono basate sulla gravità come forza maggiore, ha affermato l'autore principale Rajesh K. Bhagat, candidato al dottorato nel dipartimento di ingegneria chimica e biotecnologia dell'Università di Cambridge in Inghilterra.
Per escludere la gravità, Bhagat e il suo team hanno eseguito un semplice esperimento. Colpiscono una superficie piana e orizzontale con un getto d'acqua per creare un semplice salto idraulico, lo stesso tipo che vedresti se avessi acceso l'acqua nel lavandino della cucina. Ma poi inclinarono questa superficie in vari modi: in verticale, con un angolo di 45 gradi e in orizzontale - in modo che alla fine il getto d'acqua colpisse una superficie che diventava un soffitto. Per catturare il salto iniziale, hanno registrato ciò che è accaduto con le telecamere ad alta velocità.
In ogni caso, il salto idraulico si è verificato nello stesso punto. In altre parole, lo strato interno sottile e in rapido movimento aveva le stesse dimensioni indipendentemente dall'orientamento del piano. Se la gravità avesse causato i salti, l'acqua sarebbe stata "distorta" in qualsiasi piano oltre a quello orizzontale , Ha detto Bhagat. "Questo semplice esperimento dimostra che è tutt'altro che gravità."
La nuova teoria non è abbattuta dalla gravità
Per studiare le altre forze che avrebbero potuto essere in gioco, i ricercatori hanno variato la viscosità del flusso d'acqua - una misura di quanto può resistere al flusso - mescolandolo con glicerolo, un tipo di alcool con una tensione superficiale simile a quella dell'acqua, ma è 1.000 volte più viscoso di quello dell'acqua.
Hanno anche mantenuto costante la viscosità e ridotto la tensione superficiale - la forza attrattiva che tiene insieme le molecole liquide in superficie - miscelando 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 alcool, in modo che la soluzione fosse più viscosa del 25% rispetto all'acqua pura ma avesse una tensione superficiale tre volte più debole.
Ciò ha permesso ai ricercatori di isolare l'influenza di ciascuna forza, ha detto a Live Science l'autore senior Ian Wilson, professore di solidi e superfici morbide, anche all'Università di Cambridge.
Il punto è "essere in grado di prevedere dove inizia questa transizione tra un film sottile e uno spesso", ha affermato 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 della tensione superficiale e della viscosità si sommano e bilanciano lo slancio del getto di liquido, hanno scoperto gli autori.
Sapere dove si verifica questo salto potrebbe avere applicazioni nell'industria, ha affermato Wilson. Lo strato sottile che si forma prima del salto trasporta molta più forza rispetto allo strato più spesso, rendendo così l'area più sottile più efficiente nel trasferimento di calore.
Bhagat ha affermato che getti d'acqua ad alta velocità vengono utilizzati in applicazioni industriali, come la pulizia nella lavorazione del latte e il raffreddamento delle pale di turbine di aeromobili o di semiconduttori al silicio. Spesso in queste applicazioni, i getti d'acqua intermittenti sono più efficienti, ha affermato Wilson. Per migliorare l'efficienza di questi getti intermittenti, devi essere in grado di prevedere dove si verificano i salti idraulici iniziali, ha detto.
