Почему из чайников всегда капает

«Эффект чайника» веками угрожал безупречно белым скатертям: если жидкость выливается из чайника слишком медленно, то ее поток может иногда стекаться по внешней стороне чайника.

Это явление изучалось научно в течение десятилетий — теперь исследовательской группе в TU Wien удалось полностью и подробно описать «эффект чайника» с помощью тщательного теоретического анализа и многочисленных экспериментов.

Эффект с долгой историей

«Эффект чайника» был впервые описан Маркусом Райнером в 1956 году. Ученые пытались точно объяснить этот эффект. Работа на эту тему была удостоена сатирической «Шнобелевской премии» в 1999 году. 

«Хотя это очень распространенный и, казалось бы, простой эффект, его удивительно трудно объяснить точно в рамках механики жидкости», - говорит Бернхард Шейхль, исследователь из Вены.

Острый край на нижней стороне клюва чайника играет самую важную роль: образуется капля, область непосредственно под краем всегда остается влажной. Размер этой капли зависит от скорости, с которой жидкость вытекает из чайника. Если скорость ниже критического порога, это падение может направить весь поток вокруг края и стекать на внешнюю стенку чайника.

«Теперь нам впервые удалось дать полное теоретическое объяснение того, почему образуется эта капля и почему нижняя сторона края всегда остается увлажненной», - говорит Бернхард Шейхль.

Математика, стоящая за этим, сложна — это взаимодействие инерции, вязких и капиллярных сил. Сила инерции гарантирует, что жидкость стремится сохранить свое первоначальное направление, в то время как капиллярные силы замедляют движение жидкости прямо у клюва. Взаимодействие этих сил лежит в основе эффекта чайника. Однако капиллярные силы гарантируют, что эффект начинается только при очень определенном угле контакта между стенкой и поверхностью жидкости. Чем меньше этот угол или чем более гидрофильным (т. е. смачиваемым) является материал чайника, тем больше замедляется отделение жидкости от чайника.

Чай в космосе

Интересно, что сила тяжести по отношению к другим возникающим силам не играет решающей роли. Гравитация просто определяет направление, в котором направлена струя, но ее сила не является решающей для эффекта чайника. Следовательно, эффект чайника также будет наблюдаться при употреблении чая на лунной базе, но не на космической станции, где вообще отсутствует гравитация.