Физики заставили лодку, плыть вверх дном по левитирующей жидкости

Физики перевернули реальность с ног на голову, заставив небольшие лодки плавать под парящей жидкостью.

Глядя на это в действии, можно подумать, что вы смотрите какой-то эффект из научно-фантастического фильма, но все это связано с силами вертикальной вибрации. Уже установлено, что некоторые тщательно откалиброванные вертикальные встряхивания могут удерживать жидкость во взвешенном состоянии внутри контейнера, и здесь команда воспользовалась этим явлением.

В новом исследовании они не только достигают левитации жидкости, но и демонстрируют, что можно создать такой же баланс сил в нижней половине камеры, как и в верхней половине: когда объект помещен на нижнюю поверхность парящей жидкости, небольшая модель лодки останется на месте.

«Мы предсказываем теоретически и показываем экспериментально, что вертикальное сотрясение также создает стабильные положения плавучести на нижней границе раздела жидкости, которые ведут себя так, как если бы гравитационная сила была перевернута. Таким образом, тела могут плавать вверх ногами на нижней границе раздела левитирующих слоев жидкости».

На самом деле здесь происходит то, что лодка (или любой подобный объект, если он достаточно мал) толкается в жидкость из-за высокого давления воздушного кармана под ней, давления, создаваемого в первую очередь весом жидкого слоя.

Когда восходящая сила этого давления уравновешивается направленной вниз силой тяжести, объект плавает по перевернутой поверхности. Уравновесить это давление — непростая задача, и это одна из основных тем нового исследования — необходимые силы были смоделированы математически перед испытанием в лаборатории.

Эффект остается стабильным, даже если лодку толкать или тянуть (в данном случае с помощью магнитов, проходящих через стекло контейнера) — она ​​восстанавливает равновесие, как если бы она покачивалась на озере.

Это не просто хитрый трюк: результаты потенциально могут иметь множество применений, таких как, например, транспортировка газа или других материалов через жидкости в промышленном оборудовании. На данный момент интересно наблюдать, насколько физика похожа на магию.

 «Это нелогично. Это заставляет людей говорить о научной фантастике, и это очень приятно».

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источники: Фото: (Benjamin Apffel et al., Nature, 2020)