Команда исследователей из университета Дрекселя (США) изучала свойства двух вязких жидкостей. Проводя стандартный реологический тест на растяжение (аналогичный тому, как растягивается капля меда, падающая в чай), они неожиданно услышали громкий щелчок. Вместо того чтобы истончаться и тянуться, образец жидкости резко разорвался пополам.
Это было настолько неожиданно, что нам пришлось повторить эксперимент несколько раз, чтобы убедиться, что это реальность. Когда мы подтвердили явление, исследование превратилось в совершенно новую научную задачу
Запись на высокоскоростную камеру показала поведение, типичное для твердых материалов, таких как металл: при достижении критического напряжения происходит хрупкое разрушение. Для простых жидкостей такое поведение никогда ранее не наблюдалось.
Первыми образцами, продемонстрировавшими разрушение, были вязкие углеводородные смеси. Они ломались при критическом напряжении около 2 мегапаскалей — примерно такую силу натяжения испытал бы человек, уронивший мешок с десятью кирпичами, который при этом зацепился за его ноготь. Затем исследователи повторили тест с другим простым веществом — стирольным олигомером, имеющим ту же вязкость. Результат был аналогичен: разрушение происходило при той же скорости растяжения.
Чтобы подтвердить роль вязкости, эксперименты провели при разных температурах. Для каждого значения вязкости существовала уникальная скорость растяжения, при которой наступало разрушение, и эта скорость всегда была пропорциональна критическому напряжению в 2 МПа. Когда вязкость становилась достаточно низкой, испытательное оборудование, имевшее ограничения по скорости растяжения, уже не могло вызвать разрушение.
Значение этого открытия выходит за рамки лабораторного курьеза. До сих пор ученые считали, что способность к хрупкому разрушению связана с упругостью материала. Простые жидкости не обладают доминирующим упругим механизмом для накопления напряжения — при приложении силы они текут, а не изгибаются и уж тем более не ломаются. Новые данные показывают, что явление разрушения не ограничено упругими материалами.
Исследователи планируют продолжить изучение механизма этого явления. Одна из гипотез связывает его с кавитацией — образованием и схлопыванием пузырьков пара, создающих ударные волны в жидкости. Понимание этого эффекта может найти применение в различных областях: от гидравлических систем до 3D-печати и даже кровотока в сосудах. Исследование опубликовано в научном журнале Physical Review Letters.
Ранее Наука Mail рассказывала, как физикам впервые удалось остановить «вечный» сверхтекучий поток.
