Почему молоко и сок стекают по пакету?

Почему молоко стекает по наружной стороне картонного пакета, если выливать его слишком медленно?

И не только молоко: суп и апельсиновый сок тоже стекают по пакетам, образуют липкие лужи на полу и портят обувь. Избежать этого нелегко, потому что, когда пакет полон, мы вынуждены наклонять его осторожно, чтобы наполнить стакан.

Что понадобится:

  • картонный пакет с молоком или другими жидкостями;
  • стаканы;
  • тряпка (для вытирания луж).

Если вы хотите продолжить демонстрацию, вам пригодится:

  • вертикальный цилиндр (подойдет бутылка из-под моющего средства или вина);
  • зажженная свеча.

А если вы абсолютно уверены в своих силах, приготовьте заранее:

  • фен;
  • шарик для настольного тенниса.

Что делать? Вскройте картонный пакет и разлейте молоко по стаканам. Меняйте скорость истечения молока от очень медленной до быстрой.

Что можно наблюдать? При низкой скорости истечения струя молока будет «прилипать» к краю картонного пакета, стекать по его наружной стенке и капать на пол — тут-то вам и понадобится тряпка. Чем выше скорость истечения молока, тем свободнее льется струя и тем больше молока попадает в стаканы.

Что происходит? Когда мы наклоняем пакет, поверхность жидкости в нем поднимается и наклоняется в сторону отверстия в пакете. Если мы продолжаем наклонять пакет, жидкость выливается из отверстия, создавая в нем давление. Вдобавок в жидкости действуют силы поверхностного натяжения, направленные в сторону поверхностей пакета. При большой скорости истечения давление значительно превышает силы поверхностного натяжения, и жидкость выходит из пакета свободной струей, которая движется по предсказуемой параболе и попадает в стакан.

Но при низкой скорости истечения наступает момент, когда сил поверхностного натяжения достаточно, чтобы отклонить струю и помешать ей выходить из отверстия свободно; при этом струя «прилипает» к наружной стенке пакета. Однажды сформировавшись, такая струя продолжает течь по поверхности пакета под действием сил поверхностного натяжения и в результате феномена, известного под названием эффект Коанды. Это происходит, когда струя жидкости на выпуклой поверхности (например, вода из крана, стекающая по выпуклой стороне ложки) создает силы внутреннего давления, надежно притягивающие струю к поверхности.

Поверхностное натяжение и эффект Коанды в сочетании способны отклонить струю от требуемого пути, притянуть ее к поверхности пакета и заставить стекать на пол или на вашу обувь.

Эффект Коанды (или эффект прилипания к стенке) назван в честь Анри Коанды (1886—1972), изобретателя реактивного самолета, который должны были приводить в движение две камеры сгорания по обе стороны фюзеляжа, с соплами, направленными назад. Камеры располагались ближе к носовой части самолета. Когда двигатели были запущены, струи пламени не остались прямыми, а, к ужасу Коанды, «прилипли» к бокам фюзеляжа вплоть до хвоста. Несмотря на столь неудачный эксперимент, его результаты обессмертили Коанду, а сам эффект был назван в его честь.

Следует принять во внимание еще один эффект, вызывающий беспорядочное истечение жидкости из пакетов: это всасывание воздуха в пакет вместо вытекшей из него жидкости. При этом струя жидкости колеблется, периодически «прилипает» к пакету и льется на обувь даже при сравнительно высокой скорости истечения.

P. S. Эффект Коанды можно наблюдать при разных обстоятельствах, поскольку жидкостям свойственно обтекать поверхности. Для еще одного опыта вам понадобится вертикальный цилиндр (бутылка из-под моющего средства или вина) и зажженная свеча, которую следует поставить по другую сторону от бутылки. Если подуть на ближайшую к вам сторону бутылки, свеча погаснет, несмотря на то, что бутылка прикрывает ее от дуновения. Это происходит потому, что поток воздуха обтекает бутылку и соединяется с другой стороны, а не рассеивается.

А теперь возьмите фен, включите в режиме подачи холодного воздуха и направьте струю вертикально вверх. Лучше всего, если отверстие насадки фена будет иметь размеры, приблизительно равные диаметру шарика для настольного тенниса. Шарик можно положить в струю воздуха, и он будет подскакивать на ней, не падая (возможно, понадобится несколько попыток, чтобы выбрать наиболее надежный участок струи). В этом случае струя воздуха опять-таки «прилипает» к поверхности — на этот раз к поверхности шарика, и эффект Коанды не дает ему упасть. Эффект настолько стабилен, что вам понадобится сильно отклонить фен от вертикальной оси: только после этого сила тяжести одержит верх.

Что еще почитать? Снимок Коанды и первого настоящего реактивного самолета, построенного в 1910 г. можно найти на сайте вместе со сведениями об изобретателе.