Все сосульки мира растут на одной волне
Канадские ученые узнали, что объединяет все сосульки в мире. Оказалось, что все они растут не в ту сторону, с одной скоростью и с одинаковой длиной волны.
Сосульки, нарастающие зимой на крышах и порой мешающие жить прохожим, попали под пристальное внимание западной науки. Правда, в отличие от России, где губернатор Петербурга предлагает сбивать наледь лазерами, внимание это теоретическое: канадские и японские исследователи разрабатывают математические модели, описывающие рост сосулек. Разработки уже показали, что у всех ледяных сталактитов в мире есть много общего.
Впервые описанием роста ледяных сосулек занялся физик Казуто Уэно из Университета провинции Квебек. Его изыскания показали, что волнообразная поверхность, характерная для всех свободно растущих сосулек, имеет несколько удивительных свойств. Пожалуй, самым интересным оказалось то, что «длина волны» -- расстояние между соседними ребрами сосульки – почти постоянна и равна примерно одному сантиметру.
Идеальная сосулька
Расчет показал, какие механизмы отвечают за формирование поверхности сосулек. Нарост образуется, когда под действием силы тяжести тонкий слой слегка переохлажденной воды стекает вниз. Когда слой воды замерзает, он высвобождает определенное количество тепла. Эта тепловая энергия отводится в окружающее пространство тем эффективнее, чем выпуклее поверхность замерзающего слоя. Изначально лед нарастает гладко, однако малейшие неустойчивости в потоке воды рождают волны, продолжающие возникать и застывать друг за другом. Длина этих волн зависит только от теплопроводности воды и льда, а так как она не зависит ни от широты, на которой растет сосулька, ни от других условий роста, то и все сосульки мира оказываются подобны друг другу.
Ледяные чудеса
Теоретическая модель, созданная Уэно, предсказала еще три феномена, ни разу не наблюдавшихся ранее. Во-первых, длина волны должна расти при увеличении угла между осью сосульки и вертикалью. Во-вторых, расстояние между выпуклостями должно расти при увеличении потока тающей воды. И, наконец, самое неожиданное предсказание: при росте сосульки возникающие волны должны двигаться не сверху вниз, а снизу вверх. При этом скорость движения волн должна составлять половину скорости роста самой сосульки.
Лабораторные исследования, проведенные Уэно и его коллегами, полностью подтвердили теоретические предсказания. Фотографиями лабораторных сосулек Уэно поделился с Infox.ru.
На первом снимке представлена сосулька, свободна растущая под крышей.
«На втором снимке показан рост сосульки вокруг 6-миллиметрового стержня. За пять часов при потоке воды 200 мл/час ребра сдвигаются на 5 миллиметров в час», -- пояснил Уэно.
«На третьем снимке показан рост сосульки через 6, 7, 8 и 9 часов. Среднее смещение волн оказалось равным 4,2 миллиметра за 4 часа», -- добавил ученый.
Физики считают, что дальнейшее изучение ледяных природных скульптур может принести и более практические результаты. Следующий шаг -- выяснить, как влияют аэродинамические силы на образование наледей. Это позволит понять, как набегающий поток воздуха влияет на процессы обледенения крыльев и турбин самолетов.