Гибкие бутылки опустошаются быстрее: результаты исследования

Физики из Питтсбургского университета провели исследование, в котором выяснили, что бутылки с мягкими стенками опустошаются быстрее, чем сосуды с жесткими стенками. В ходе эксперимента ученые установили, что гибкость стенок и размер выходного отверстия влияют на скорость истечения жидкости и частоту образования пузырей воздуха. Результаты работы опубликованы в журнале Physics of Fluids.

Для эксперимента ученые использовали акриловый контейнер объемом три литра, который был оборудован датчиком воздушного давления. Контейнер наполнили водой и проделали два отверстия: одно внизу для истечения жидкости, а другое вверху накрыли эластичной мембраной. Мембрана имитировала эффект гибких стенок, а диаметр отверстия варьировался для моделирования различных уровней жесткости сосуда.

Исследования показали, что при диаметре выходного отверстия в шесть миллиметров истечение жидкости останавливается независимо от жесткости сосуда и уровня жидкости. При диаметре 10-12 миллиметров наблюдалось нерегулярное бульканье, которое стабилизировалось, когда уровень жидкости снизился. Однако при диаметре отверстия в 14 миллиметров истечение стало стабильным при любом размере мембраны, даже без нее.

Ученые также обнаружили, что чем больше была мембрана, тем быстрее происходило истечение воды и выше была частота бульканья. Это означает, что пластиковые бутылки с мягкими стенками опустошаются быстрее, хотя и булькают реже по сравнению с жесткими сосудами.

Экспериментальные результаты подтвердили теоретическую модель, основанную на аналогии между истечением жидкости и колебаниями вертикального пружинного маятника. В этой модели вытекающая вода выполняла роль массивного груза, а гибкая мембрана заменяла растягивающуюся пружину.