Физики-теоретики разобрались с шоколадным фонтаном

Неньютоновская жидкость стекает по сферической поверхности.

Фотография: Nadia Clabassi / flickr.com

Физики из Университетского колледжа Лондона теоретически описали, как течет расплавленный шоколад в шоколадном фонтане. В частности, ученые объяснили, почему стекающая пленка «заворачивается» внутрь, а не падает строго вертикально. Работа опубликована в European Journal of Physics.

Авторы разбили течение жидкости в фонтане на три участка: подъем шоколада по центральной трубе, стекание по поверхности купола и свободное падение пленки. Первый случай хорошо известен в гидродинамике и решается аналитически, а для двух других физики получили приближенное решение, которое качественно описывает экспериментальные наблюдения на настоящем фонтане.

Особый интерес для ученых представляли два вопроса: насколько важно, что расплавленный шоколад является неньютоновской жидкостью, и почему пленка «заворачивается внутрь». В итоге все теоретические решения авторы получали для ньютоновского и неньютоновского случая, качественная разница между которыми оказалась минимальна.

За характерный изгиб пленки внутрь, как и ожидалось, отвечало поверхностное натяжение жидкости. Чем оно было сильнее по сравнению с гравитацией, тем больше «заворачивалась» внутрь пленка шоколада. Авторы считают, что их работа во многом несет педагогический характер, так как позволяет читателям познакомиться со сложной физикой и математикой на примере системы, с которой легко и приятно работать дома.

Достаточно часто простые бытовые ситуации оказываются сложно разрешимы. Например, сравнительно недавно было математически описано явление, когда чай стекает по носику заварочного чайника, вместо того, чтобы литься струей. Это происходит из-за конфликта силы тяжести и смачивания поверхности. Для того, чтобы устранить неприятный эффект, нужно или сильнее наклонить чайник (увеличить вклад силы тяжести) или обработать носик снаружи гидрофобным веществом (ослабить вклад от смачивания).

Тарас Молотилин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.