Po ilu liźnięciach dociera się do wnętrza lizaka?

By dostać się do środka lizaka, potrzeba ok. 1000 liźnięć. Model matematyczny naukowców z New York University (NYU) opiera się na świeżo zdobytej wiedzy dotyczącej rozpuszczania ciał stałych przez płynącą ciecz.

Podczas eksperymentów Amerykanie posługiwali się wykonanymi samodzielnie kulistymi i cylindrycznymi cukierkami. Choć wydaje się, że proces rozpuszczania w takich warunkach jest prosty, to tylko pozory. Jak wyjaśnia Leif Ristroph, fizyk z NYU, najpierw obecność ciała stałego zaburza przepływ, zmuszając ciecz do zmiany kierunku. Później jednak ruch cieczy zaczyna rozpuszczać przeszkodę i zaczyna się złożona gra dwustronnych oddziaływań. Zaskoczeni autorzy raportu z Journal of Fluid Mechanics zaobserwowali, że po krótkim czasie przebywania w strumieniu oba cukierki przybierały kształt półkuli.

Ristroph i Jinzi Mac Huang z NYU oraz Nicholas Moore z Uniwersytetu Stanowego Florydy interesowali się rozpuszczaniem nie tylko ze względu na cukierki. Z problemem stykamy się bowiem, rozważając np. kształtowanie krajobrazu przez rzeki czy zagadnienia przemysłowo-farmaceutyczne (w tym zachowanie tabletek w przewodzie pokarmowym).

Ponieważ kupne lizaki zawierają dużo pęcherzyków, które mogą źle wpłynąć na przebieg eksperymentu, akademicy musieli sami wyprodukować idealne cukierki. Dla dobra nauki nauczyli się sami robić słodycze, a następnie umieszczali je w strumieniu wody płynącej z prędkością ok. 10-100 cm na minutę. By udokumentować rozpuszczanie na przestrzeni kilku godzin, panowie posłużyli się fotografią poklatkową.

Okazało się, że przed ostatecznym zniknięciem cukierki obu kształtów rozpuszczały się do półkuli. Strona stykająca się z przepływem była idealnie wypolerowana, zaś część przeciwna spłaszczona i poznaczona kieszeniami. Wg Ristropha, nierówności to skutek prędkości i niestabilności strumienia po pokonaniu tylnego fragmentu lizaka.

Na podstawie uzyskanych wyników stworzono równania przedstawiające szybkość rozpuszczania różnych materiałów. Naukowcy wyliczyli, że liżąc lizaka o promieniu 1 cm w tempie odpowiadającym przepływowi rzędu 1 cm na sekundę, amator słodyczy dotrze do jego środka po ok. 1000 liźnięć.

ciecz przepływ model ciało stałe rozpuszczanie lizak Leif Ristroph Jinzi Mac Huang Nicholas Moore