Откуда волны на сосульках?
Характерная рябь на поверхности сосулек давно удивляет наблюдателей постоянством длины волны — вне зависимости от того, в какой точке земного шара сосулька сформировалась и насколько крупных размеров достигла. Исследователи из Университета Торонто выдвинули гипотезу, что процесс образования этих волн тесно связан с количеством и характеристиками примесей, содержащихся в исходной воде.
Проанализировав форму 67 сосулек, искусственно выращенных в тщательно контролируемых условиях, ученые отметили, что сосульки, выращенные из дистиллированной воды, лишены характерных неровностей, в отличие от тех, которые сформировались из воды с примесями солей. Волны росли гораздо быстрее и достигали большей амплитуды с ростом концентрации соли.
Несмотря на то что главной движущей силой данного исследования было любопытство ученых, вполне возможно, что его результаты имеют и прикладное значение. Сосульки, покрывающие здания и сооружения в холодное время года, представляют серьёзную опасность как для самих конструкций, так и для незадачливых пешеходов. Более глубокое понимание механизмов формирования сосулек, возможно, поможет разработать новые методы, позволяющие предотвратить их появление.
В настоящее время существует две основных теории относительно механизмов образования сосулек. Согласно одной из них, тепло отводится более эффективно на острие сосульки, где идет быстрое приращение массы льда. Малейший механический дефект льда в этой области может стать причиной более активной кристаллизации. Эти колебания скорости образования льда и приводят к появлению ряби.
Альтернативная теория списывает формирование волн на поверхностное натяжение. Если его сила велика, то рябь будет расти медленнее и достигнет меньшей амплитуды.
В своих экспериментах исследователи из Торонто тщательно контролировали температуру, расход воды, состав воздуха и характер воздушного потока вокруг растущей сосульки. Сосульки равномерно росли на вращающемся деревянном основании, процесс фиксировался с помощью камеры.
Сосульки выращивались сначала из дистиллированной воды, а затем из той же воды с примесью соли или ПАВ. Также исследователи собрали талую воду с «волнистых» сосулек, повисших на ближайшей крыше, и проанализировали состав обнаруженных в ней примесей.
Присутствие ПАВ, уменьшающего поверхностное натяжение, не повлияло на скорость роста и высоту волн, что противоречит одной из теорий роста сосулек. Исследователи утверждают, что они впервые провели такой крупномасштабный эксперимент по выращиванию сосулек с контролируемыми параметрами среды. Предыдущие теоретические построения базировались на довольно слабой экспериментальной базе и небольшом количестве натурных наблюдений.
Но несмотря на большой объем собранных экспериментальных данных, ученые до сих пор не знают, почему примеси оказывают такое влияние на форму сосулек. Не раскрытой остается и тайна того, почему волны на их поверхности имеют постоянную длину.
По сообщению IOP