Физики объяснили форму «винных слез»

Ученые из США разработали теорию, которая использует концепцию ударных волн, для объяснения формы «винных слез». Статья принята к публикации в журнале Physical Review Fluids.

В бокале с вином на стенках порой появляются узоры, напоминающие слезы — такие узоры называют «винными слезами». Более века ученые размышляют над тем, что из себя представляют «винные слезы». Известно, что смесь воды с этанолом может двигаться вверх по бокалу из-за капиллярного эффекта за счет поверхностного натяжения.

Когда вино покрывает поверхность бокала, оно начинает испаряться, однако, алкоголь испаряется быстрее, чем вода, что приводит к увеличению поверхностного натяжения, которое заставляет жидкость двигаться вверх. В какой-то момент силы поверхностного натяжения не могут противостоять гравитации, и жидкость стекает обратно в бокал. Этот феномен стал известен как эффект Марангони, в честь Карло Марангони, который опубликовал свои наблюдения в 1865 году. Однако, в то время как природа возникновения слез хорошо изучена, их форма оставалась загадкой для ученых.

Группа физиков из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе под руководством Андреа Бертози (Andrea Bertozzi) разработала модель на основе теории ударных волн для описания формы «винных слез». Ранее ученые показали, что испарение может создать ударную волну, которая заставляет жидкость двигаться — такие волны называются субкомпрессионными.

Ученые вывели и решили гидродинамическое уравнение в присутствии субкомпрессионной ударной волны и на его основе изучили различные морфологии, которые могут спонтанно возникать в пленках вина в зависимости от условий эксперимента и концентрации алкоголя. Физики показали, что нестабильности в жидкости, возникающие, например, из-за движения вина в бокале, приводят к появлению субкомпрессионных ударных волн, которые, в свою очередь, приводят к слезообразным узорам на стекле.

Модель, разработанная учеными, позволяет анализировать различные формы ударных волн, которые определяют форму «слез». Исследователи провели компьютерную симуляцию на основе полученной модели для конусообразного гладкого стакана для мартини. Результаты эксперимента хорошо согласуются с предсказаниями симуляции. В дальнейшем ученые планируют расширить модель для анализа более сложных поверхностей.

Ранее мы писали о том, как физики сняли распространение ударной волны в жидкости с частотой триллион кадров в секунду. Ударные волны распространяются и в твердых телах, например, в 2015 году ученые увидели движение ударной волны в алмазе.

Михаил Перельштейн