Białe otwory i zlewozmywaki

Odkręć kran kuchenny, a stały strumień wody rozleje się w cienki okrągły krążek, gdy dotrze do zlewu. Ta tarcza ma niezwykłą właściwość: jest otoczona okrągłą wargą, w której nagle zmienia się wysokość wody.

Ten tak zwany skok hydrauliczny intrygował fizyków od co najmniej stu lat (John Strutt, inaczej znany jako Lord Rayleigh, opublikował pierwszy matematyczny opis tego zjawiska w 1914 roku). Tego rodzaju problemy hydrodynamiczne są niezwykle trudne do rozwiązania.

W ostatnich latach zintensyfikowano badania skoków hydraulicznych. Dzieje się tak, ponieważ różni fizycy wskazywali, że skoki hydrauliczne są przykładami znacznie bardziej egzotycznych obiektów: białych dziur, odwróconych w czasie odpowiedników czarnych dziur. (Biała dziura to obszar, który może emitować fale i cząstki, ale do którego fale i cząstki nie mogą wejść). Chociaż jest to interesujące przypuszczenie, nikt nie przedstawił eksperymentalnego dowodu.

Do teraz. Dziś Gil Jannes z Universite de Nice Sophia Antipolis we Francji et amis dostarcza dokładnie tego dowodu, którego wszyscy szukali. Biała dziura istnieje, jeśli przepływ wody przez skok hydrauliczny jest szybszy niż fale mogą podróżować. Oznacza to, że fale mogą wydostać się z dziury, ale nie mogą wejść do niej pod prąd.

Ale udowodnienie tego jest trudne. Problem sprowadza się do zmierzenia tych dwóch charakterystycznych właściwości białej dziury: przepływu wody w okrągłym dysku oraz prędkości, z jaką fale poruszają się po powierzchni tej wody.

Problem polega na tym, że warstwa wody jest cienka, co utrudnia pomiar z jakąkolwiek dokładnością.

Jannes i spółka mają jednak sposób na obejście tego problemu. Zamiast bezpośrednio mierzyć te dwie właściwości, możliwe jest wyznaczenie ich stosunku poprzez pomiar stożka Macha związanego z przepływem nadkrytycznym w wewnętrznym obszarze skoku.

Brzmi to skomplikowanie, ale w rzeczywistości jest proste. Włóż palec w płaski krążek wody, a przepływ w kształcie litery V to stożek Macha. Kąt tego kształtu V jest wartością krytyczną, którą musisz zmierzyć (patrz rysunek).

Jannes i amis twierdzą, że ich pomiary po raz pierwszy dowodzą, że skok kołowy jest rzeczywiście tak egzotyczny, jak wszyscy przypuszczali. Zapewniamy eksperymentalną demonstrację, że kołowy skok hydrauliczny reprezentuje hydrodynamiczną białą dziurę, mówią.

To niesamowity wynik. Oznacza to, że w zlewie kuchennym można odtworzyć cechy najbardziej egzotycznych przedmiotów we wszechświecie. Fajne!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1010.1701 : Skok okrężny to biała dziura

ukryć