Математики выяснили, почему кофе расплескивается при быстром движении

МОСКВА, 22 дек – РИА Новости. Ученые из Математического института Оксфорда вывели простой набор формул, который объясняет то, почему кофе расплескивается, если нести чашку с напитком слишком быстро, и почему этого не происходит с водой в ведре, говорится в статье, опубликованной в журнале SIAM Review.

"Мы выбрали самую простую математическую модель для изучения этого эффекта. Наши расчеты показывают, что если сосуд с жидкостью будет висеть на пружине или маятнике, смягчающем жесткость руки, то те колебания, которые заставляют ее плескаться, будут практически полностью подавляться на всех частотах, и поэтому кофе или вода не будут выливаться", — заявил Джон Окендон (John Ockendon), один из авторов открытия.

Практически все люди сталкивались с одной неприятной особенностью фактически всех жидкостей, в том числе чая и кофе – если нести чашку с этими напитками слишком быстро, внутри нее начнут возникать волны, в результате чего жидкость выплеснется из сосуда и испортит одежду, стол или обожжет руки чрезмерно торопящегося человека.

Подобной проблемы, по словам математика, можно легко избежать, если перелить напиток в ведерко со свободно вращающейся ручкой. При определенном навыке, таким ведром можно сильно размахивать и при этом не терять ни капли жидкости, которая содержится внутри него.

Как вспоминает ученый, он и его супруга и коллега Хиллари (Hillary Ockendon) заинтересовались этой проблемой после того, как очередная "шнобелевская" премия была присуждена физикам за изучение того, что происходит с чашкой кофе в том случае, если человек идет назад. Используя часть идей, придуманных лауреатами этой "престижной" премии, британские математики построили простую математическую модель, описывающую процессы внутри кружки, которую несет любитель кофе.

По словам математиков, им пришлось пойти на существенные упрощения, чтобы заставить ее "правильно" работать – чашка в их расчетах имеет прямоугольную форму и движется только по двум осям. Вдобавок, владелец чашки мог двигать ее только с постоянной скоростью и с определенной частотой, соответствующей, к примеру, типичным колебаниям, которые возникают при ходьбе быстрым шагом.

Используя эту модель, ученые просчитали то, как ведет себя жидкость в трех разных ситуациях – когда чашку двигает человек, стоящий на месте, любитель кофе, идущий быстрым шагом, и экспериментатор, подсоединивший свою руку к чашке при помощи пружины и "тянущий" ее по поверхности стола.

Как показали эти расчеты, жидкость начинает плескаться в сосуде по той причине, что рука человека является слишком "жесткой" – она слишком хорошо перенаправляет вибрации, возникающие во время хождения, на стенки кружки, откуда они распространяются по кофе или чаю. Соответственно, добавление пружины или маятника, которым является ручка ведра, позволяет рассеять часть этих колебаний и защитить жидкость от расплескивания.

К примеру, если подвесить чашку с кофе на пружинах длиной в 25 сантиметров, то тогда высота волн в ней уменьшится примерно на треть в том случае, если человек будет идти достаточно быстро. Это может защитить напиток от расплескивания, если расстояние между поверхностью жидкости и верхней гранью чашки будет достаточно большой.

Эти же идеи, как отмечают британские ученые, применимы не только к кофе и чаю, но и ко всем другим жидкостям, которые хранятся или перевозятся в контейнерах. Использование этих формул, к примеру, позволит инженерам создавать такие цистерны для опасных химикатов, которые будут гарантированно защищены от "побега" их содержимого.

@funscience to be continued...