Формула кратерообразования

Как это ни странно, но в отличие свойств от твердых тел свойства капель изучены пока недостаточно хорошо. Так, ученые только сравнительно недавно узнали, что дождевые капли разбиваются еще до того, как ударяются об землю. А, между тем, знание законов, по которым существуют капли, может помочь в изучении того, как на планеты Солнечной системы влияли падающие на них капли.

Поэтому недавно японский физик попытался установить некоторые закономерности образования кратеров на Земле. В задачи ученого входило исследование последствий падения капель на земную поверхность. В частности, он проанализировал, как именно капли меняют форму поверхности, на которую они попадают, и какие изменения при этом происходят с самими каплями. Кроме того, исследователь вывел формулу, определяющую свойства кратера в зависимости от параметров капли и поверхности.

Во время опытов ученый сбрасывал капли диаметром от четырех до пятидесяти микрометров с высоты 1-4,8 сантиметров на поверхность, состоящую из гранул кремния.

Опыт показали, что самые глубокие кратеры возникали в результате падения капель, «летящих» с высокими скоростями. А капли, падающие со средней скоростью, оставляли самые маленькие кратеры. Дело в том, что, ударяясь о поверхность, такие капли уплотняют верхний слой гранул, в то время как нижние слои остаются почти неповрежденными. Также ученый выяснил, что медленно падающие капли, при ударе о поверхность почти не деформируются и постепенно сжимают кремний, оставляя в результате кратеры средней величины.

Большие капли оставляли после себя намного более мелкие кратеры. Когда же они падали с высокой скоростью в центре кратера вообще возникал холмик, а не выемка. Ученый считает, что холмик образуется потому, что в момент удара о поверхность капля вбирает в себя гранулы.

Согласно формуле, которую в результате этих опытов вывел ученый, радиус получающегося кратера определяется соотношением плотности гранул к плотности падающей жидкости и числом Вебера, связывающего инерцию жидкости и  силу поверхностного натяжения.

Статья о результатах исследования опубликована Physical Review Letters, а с кратким содержанием работы можно познакомиться на портале Physical Review Focus (http://focus.aps.org/story/v25/st20).

9.06.2010

Интересное по этой теме: