Почему бутылка разбивается от удара рукой?

Есть такой известный трюк, часто демонстрируемый на вечеринках. Берётся стеклянная бутылка, наполненная водой. Одной рукой держим бутылку, а другой ударяем по горлышку сверху. Если удар достаточно силён и резок, дно бутылки разбивается. Эффекта не будет, если бутылка пуста или заполнена газировкой.

Почему так происходит?

В этом попытались разобраться учёные из американского Университета Бригама Янга, опубликовавшие на днях статью в arXiv.org. При помощи метода сверхбыстрой фотосъёмки они изучили процесс разрушения бутылки от удара. Смонтированное ими видео можно скачать в высоком или низком разрешениях или посмотреть ниже.

Изучая свои видеоролики, учёные, во-первых, отметили, что момент разрушения дна не совпадает с моментом удара. Более дательный анализ показывает, что во время удара бутылка приобретает ускорение, направленное вниз, в то время как жидкость — нет. В результате возле дна бутылки давление резко падает.

Если удар достаточно силён и резок, то давление у дна бутылки может стать ниже, чем давление насыщенных паров. Это приводит к тому, что жидкость начинает здесь испаряться — происходит образование пузырьков, идёт процесс кавитации.

После удара давление начинает возвращаться к нормальному значению и возникшие пузырьки начинают сжиматься и пропадать. Интересно, однако, что скорость исчезновения пузырьков приблизительно в десять раз выше скорости их образования. Соответственно выше и силы давления, возникающие при этом.

Именно в этот момент и разбивается бутылка.

Естественно, что при отсутствии в бутылке воды, трюк не получится. В случае же газированной воды бутылка остаётся целой из-за того, что образовавшиеся пузырьки заполняются углекислым газом и всплывают вверх, не оставаясь у дна.

Это видео, как и видео прыгающих на поверхности жидкости капелек, претендует на то, чтобы быть признанным Американским физическим обществом лучшим гидродинамическим видео года.


Источник: Bottles, Bubbles And Breakages — Technology Review

comments powered by Disqus