Ученые выявили неожиданные свойства у самых обычных жидкостей
 Схематическое изображение частицы бипирамидальной формы. Цветом отражена плотность энергии. |
|
||||||||
При попадании объекта в воду, молекулы жидкости перестраиваются в поток вокруг него. Но если переместить этот объект достаточно быстро, молекулы, вместо перестроения, будут вести себя, как упругая пружина (сжимаясь и разжимаясь при взаимодействии с посторонним объектом). В сложных жидкостях, таких как смесь кукурузного крахмала и воды, эти «неньютоновские» явления становятся базой для очень интересных демонстраций в кабинетах физики. Надо отметить, что подобные вязкоупругие свойства ученые наблюдали и в обычных жидкостях, правда, до сих пор их удавалось увидеть только в тонких пленках между двумя скользящими поверхностями.
Для наблюдения вязкоупругих свойств у обычных жидкостей в более широком диапазоне условий группа ученых из University of Melbourne и California Institute of Technology (США) использовала методику, ранее использовавшуюся для изучения потерь энергии в вибрирующих наночастицах.
Для своей работы команда помещала в растворы с разной вязкостью наночастицы золота бипирамидальной формы длиной порядка 100 нм. Растворы на эксперименте состояли из воды, смешанной с глицерином (обладающим достаточно высокой вязкостью) в различной пропорции. Вибрация нужной частоты сообщалась наночастицам при помощи короткого лазерного импульса. При помощи второго, более слабого импульса, следовавшего с небольшой задержкой после первого, ученые отслеживали частоту колебаний наночастиц (по их поглощению света).
В ходе эксперимента было выявлено, что частота колебаний наночастиц при одинаковом воздействии увеличивается с ростом процентной доли глицерина в жидкости. Этот результат оказался достаточно неожиданным, поскольку увеличение вязкости должно наоборот, замедлить движение и привести к снижению частоты колебаний. Вместо этого наблюдалось противоположное поведение, которое, как выяснилось, согласуется с моделью, учитывающей вязкоупругие свойства жидкости (вместо классической ньютоновской модели). Согласно этой модели (модели вязкоупругой жидкости), с увеличением вязкости она в большей степени начинает действовать, как пружина, отталкивая объект назад при деформации.
Надо отметить, что уже более века исследователи подозревали наличие вязкоупругих свойств во всех типах жидкостей, но не имели технологий, с помощью которых можно было бы проверить это утверждение на практике. Так что представленный эксперимент стал ответом на вопрос, существовавший более века.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- «Эластичность» плазмы крови человека тоже сказывается на кровотоке
- Ученые пытаются контролировать внутренние напряжения в стекле
- Физики объяснили, почему мед капает именно так
- Жидкости можно заставить скользить друг по другу
- При каких условиях «рвется» жидкость
Источники: