Если вы когда-нибудь добавляли щедрую щепотку соли в воду в кастрюле с макаронами для вкуса или в попытке заставить их быстрее свариться, то, скорее всего, в итоге на стенках посуды образовалось беловатое кольцо отложений. Группа ученых из Университета Твенте в Нидерландах и Французского национального института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды (INRAE), вдохновившись этим наблюдением во время вечера настольных игр и ужина с макаронами, задалась вопросом, что нужно сделать, чтобы создать самое красивое кольцо соли внутри кастрюли с макаронами: нужно ли бросать мелкие или крупные кристаллы соли? В каком количестве и как быстро? Существует ли оптимальное количество воды в кастрюле?
В журнале Physics of Fluids группа исследователей сообщает о своих выводах относительно причин образования своеобразных облаков из солевых частиц. Эксперимент легко воспроизводим и недорог. «К концу обеда мы набросали протокол эксперимента и написали на маленькой доске моего сына последовательность экспериментов, которые мы хотели попробовать», — говорит Матье Сузи, автор работы. «Это был замечательный опыт, потому что вскоре мы поняли, что наше простое наблюдение за повседневной жизнью скрывает богатое разнообразие физических механизмов!»
Так что же на самом деле происходит внутри кастрюли? Когда одна частица попадает в резервуар с водой, она оседает на дно под действием силы тяжести и создает небольшую волновую тягу, которая возмущает поток воды вокруг нее. «Если одновременно выпускается большое количество частиц, соседние частицы испытывают возмущение потока, создаваемое всеми окружающими частицами», — говорит Соузи. «Это вызывает постепенное смещение падающих частиц в горизонтальном направлении, что приводит к расширению кругового распределения частиц».
Когда кристаллы соли быстро достигают дна, они образуют круговое отложение, а вода, увлекаемая облаком частиц, еще больше отталкивает частицы в радиальном направлении. Таким образом, образуется чистая центральная область истощения.
Но если соль выбрасывается с большей высоты, кристаллы осаждаются в течение более длительного времени, и облако частиц расширяется в радиальном направлении — до тех пор, пока между частицами не образуется достаточно большое пространство, чтобы возмущение потока, вызванное остальными кристаллами соли, стало незначительным и частицы больше не находились достаточно близко, чтобы образовать «облако». Затем частицы, по сути, обрушиваются вниз, образуя однородный круговой осадок.
«Это основные физические составляющие, и, несмотря на кажущуюся простоту, это явление охватывает широкий спектр физических понятий, таких как оседание, невязкое течение, взаимодействие на больших расстояниях между несколькими телами и вовлечение в поток», — говорит Соузи. «Все становится еще интереснее, когда вы понимаете, что крупные частицы смещаются в радиальном направлении сильнее, чем мелкие, а это значит, что вы можете сортировать соль по размеру, просто опустив ее кристаллы в резервуар с водой!» И да, теперь Соузи может создавать очень красивые кольца соли почти каждый раз, когда готовит.
