Физики разобрались с механизмом образования брызг

Вихри, образующиеся при контакте капли (красная) и жидкости (синяя). Срез сквозь центр капли, симуляция. Изображение Marie-Jean Thoraval et al.

Ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии показали, как при падении капель в жидкость образуются брызги, и каким образом на этот процесс влияет их скорость и вязкость. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте американского физического общества.

Ученые проводили эксперименты с жидкостями различной плотности и вязкости и записывали на камеру образующиеся при падении брызги. Они возникают, когда капля соприкасается с поверхностью жидкости и из места их соприкосновения выбрасывается конусообразная плоская струя (ejecta sheet). При размере капли в 6 миллиметров толщина этой плоской струи не превышает 300 нанометров.

Полученные экспериментальные данные физики воспроизводили в компьютерных симуляциях. Чтобы в одной модели одновременно совместить размеры капли и струи, авторам понадобилось создать новый алгоритм моделирования поведения жидкостей. В результате удалось получить самую подробную на сегодняшний день картину падения капель.

Оказалось, что при определенном соотношении скорости и вязкости в месте падения появляется слой мельчайших вихрей, которые образуют волны на выбрасываемой плоской струе. Волны приводят к ее разрыву и образованию мельчайших брызг размерами в сотни нанометров.

Во время дождя над океанами формирующиеся таким образом брызги могут очень быстро высыхать. При этом и их содержимое - соль - оказывается в воздухе в сухом виде. Это приводит к образованию соляной пыли, которая может влиять на образование облаков. Данная работа может прояснить механизм ее возникновения.