Vào thế kỷ 16, Leonardo da Vinci lần đầu tiên mô tả một hiện tượng hấp dẫn liên quan đến nước mà sau này được gọi là nhảy thủy lực. Và chỉ năm thế kỷ sau, các nhà khoa học cuối cùng đã giải thích lý do tại sao nó xảy ra.
Bước nhảy này không phải là một số tài sản tối nghĩa mà các nhà khoa học chỉ nhìn thấy được. Bạn thực sự chỉ cần đi vào nhà bếp của bạn hoặc nhảy vào vòi hoa sen để xem nó.
Nếu bạn bật vòi, hãy chú ý những gì xảy ra khi nước chạm vào bề mặt bồn rửa. Nó tạo ra một lớp nước tròn rất mỏng, chảy nhanh, được bao quanh bởi một vòng nước dày hơn, đồng tâm. Nhảy thủy lực liên quan đến điểm nước dâng lên và tạo thành lớp dày hơn.
Bắt đầu từ năm 1819 với nhà toán học người Ý Giorgio Bidone, nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng giải thích nguyên nhân khiến nước nhảy theo cách này. Nhưng tất cả các giải thích và phương trình cho đến nay đã dựa vào lực hấp dẫn như là lực lượng chính, tác giả chính Rajesh K. Bhagat, một ứng cử viên tiến sĩ trong khoa kỹ thuật hóa học và công nghệ sinh học tại Đại học Cambridge ở Anh cho biết.
Để loại trừ lực hấp dẫn, Bhagat và nhóm của ông đã thực hiện một thí nghiệm đơn giản. Họ đánh vào một bề mặt phẳng, nằm ngang với một tia nước để tạo ra một cú nhảy thủy lực đơn giản - giống như cách bạn sẽ thấy nếu bạn bật nước ở bồn rửa trong nhà bếp. Nhưng sau đó, họ nghiêng bề mặt này theo nhiều cách khác nhau: theo chiều dọc, ở góc 45 độ và theo chiều ngang - để cuối cùng, tia nước sẽ chạm vào bề mặt trở thành trần nhà. Để ghi lại bước nhảy ban đầu, họ đã ghi lại những gì đã xảy ra với máy ảnh tốc độ cao.
Trong mọi trường hợp, bước nhảy thủy lực đã xảy ra tại cùng một điểm. Nói cách khác, lớp bên trong mỏng, chuyển động nhanh có cùng kích thước cho dù máy bay đang ở hướng nào. Nếu trọng lực gây ra các cú nhảy, nước sẽ bị "biến dạng", trong bất kỳ mặt phẳng nào ngoài mặt phẳng nằm ngang , Bhagat nói. "Thí nghiệm đơn giản này chứng minh nó là bất cứ thứ gì ngoài trọng lực."
Lý thuyết mới không giảm trọng lực
Để nghiên cứu các lực khác có thể đã chơi, các nhà nghiên cứu đã thay đổi độ nhớt của dòng nước - một thước đo xem nó có thể chống lại dòng chảy - bằng cách trộn nó với glycerol, một loại rượu có sức căng bề mặt tương tự như nước, nhưng đó là nhớt hơn 1.000 lần so với nước.
Họ cũng giữ độ nhớt không đổi và giảm sức căng bề mặt - lực hấp dẫn giữ các phân tử chất lỏng lại với nhau trên bề mặt - bằng cách trộn vào một thành phần phổ biến trong chất tẩy rửa có tên là natri dodecyl benzen sulfonate (SDBS). Cuối cùng, họ biến đổi cả độ nhớt và sức căng bề mặt bằng cách trộn nước và propanol, một loại rượu khác, để dung dịch có độ nhớt cao hơn 25% so với nước tinh khiết nhưng có sức căng bề mặt yếu hơn ba lần.
Điều này cho phép các nhà nghiên cứu cô lập ảnh hưởng của từng lực lượng, tác giả cao cấp Ian Wilson, giáo sư về chất rắn và bề mặt mềm, cũng tại Đại học Cambridge, nói với Live Science.
Vấn đề là "có thể dự đoán quá trình chuyển đổi giữa màng mỏng và màng dày bắt đầu từ đâu", Wilson nói. Rất nhiều lý thuyết trước đây không thể làm được điều đó, bởi vì vị trí của bước nhảy thủy lực thay đổi một khi lớp dày chạm vào một loại cạnh nào đó, như cạnh của bồn rửa.
Cú nhảy xảy ra tại điểm mà các lực từ sức căng bề mặt và độ nhớt cộng lại và cân bằng động lượng từ phản lực lỏng, các tác giả nhận thấy.
Biết nơi bước nhảy đầu tiên này có thể có các ứng dụng trong công nghiệp, Wilson nói. Lớp mỏng hình thành trước khi nhảy mang lực mạnh hơn nhiều so với lớp dày hơn, do đó làm cho vùng mỏng hơn hiệu quả hơn trong việc truyền nhiệt.
Máy bay phản lực nước tốc độ cao được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, như làm sạch trong chế biến sữa và làm mát lưỡi tuabin máy bay hoặc chất bán dẫn silicon, Bhagat nói. Thông thường trong các ứng dụng này, các vòi phun nước không liên tục có hiệu quả cao hơn, Wilson nói. Để cải thiện hiệu quả của các máy bay không liên tục này, bạn cần có khả năng dự đoán nơi xảy ra các cú nhảy thủy lực ban đầu, ông nói.
