Почему мука дисперсирует на поверхности воды

// // Новое //

Часто бывает, что мы наблюдаем в быту явления, наглядно демонстрирующие законы и взаимодействия микромира, но не задумываемся об этом. Тем не менее, многие наши читатели, наверное, задавались вопросом, почему попавшая на поверхность воды мука или иной другой порошок с огромной скоростью дисперсирует на ее поверхности. Ответом на этот вопрос стало исследование Пушпендры Сингха (Pushpendra Singh), исследователя из Технологического института в Нью-Джерси.

По словам профессора, причиной дисперсии является «отталкивающая гидродинамическая сила, вызванная колебанием частиц». Частица, находящаяся на поверхности воды, совершает вертикальные колебания, а поскольку все частицы колеблются одновременно, возникает мгновенная дисперсия. Когда маленькие частицы, такие, как крупинки муки или пыльцы, попадают на поверхность воды, они рассеиваются и образуют монослой. Дисперсия происходит настолько быстро, что напоминает маленький плоский взрыв. Объясняется дисперсия капиллярной силой, которая выталкивает частицы в равновесную позицию на поверхности жидкости.  Она же придает частицам такую скорость.

«Как только частица касается жидкости, она сразу выталкивается на поверхность», говорит Сингх. «Например, если угол давления для сферической частицы составляет 90 градусов, то она плавает в равновесном положении, то  есть погруженная наполовину в жидкость». При этом чем меньше частица, тем быстрее она движется. Частицы наноразмеров, такие, как или молекулы белка разбегаются на поверхности воды со скоростью более 160 км/с.

По словам Сингха, основной действующей на частицы силой является инерция, поскольку замедление из-за вязкости очень незначительно. Он сравнивает колебания частиц с движением маятника, которое постепенно замедляется вследствие силы трения. Колебание частиц на поверхности жидкости замедляется в силу сопротивления поверхностного трения. Как объясняет Сингх, попадая на поверхность жидкости, частица получает энергию межфазного натяжения в качестве кинетической энергии, начинает колебаться и это вызывает отталкивающую гидродинамическую силу, которая и лежит в основе процесса быстрой дисперсии.