Исследователи из Университета Дрекселя обнаружили, что при определенных условиях простые жидкости способны вести себя подобно твердым телам и подвергаться механическому разрушению. Работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, демонстрирует, что вязкие среды могут мгновенно разрываться при воздействии достаточной силы растяжения. Это открытие указывает на то, что вязкость играет значительно более важную роль в механическом поведении жидкостей, чем предполагалось ранее.
Эффект был зафиксирован во время тестов на экстенсионную реологию, в которых измеряется усилие, необходимое для обеспечения текучести среды. Вместо того чтобы постепенно истончаться, подобно меду, тестируемые углеводородные составы вели себя как твердые полимеры: при достижении критической точки они внезапно лопались. С помощью высокоскоростной съемки ученые подтвердили, что процесс идентичен хрупкому излому, который ранее никогда не наблюдался у простых жидкостей в их стабильном состоянии. Разрыв сопровождался характерным резким звуком, напоминающим щелчок ломающегося твердого предмета.
Эксперименты со стирольными олигомерами показали, что разрушение происходит при достижении напряжения около 2 мегапаскалей. При изменении температуры и, соответственно, вязкости исследователи каждый раз фиксировали конкретную скорость растяжения, при которой жидкость теряла целостность. Это позволяет предположить, что физическое разрушение является универсальным свойством для широкого класса сред, включая воду и технические масла, если механическое воздействие происходит достаточно быстро.
Долгое время считалось, что способность «ломаться» связана исключительно с эластичностью материала – его умением накапливать механическую энергию. Простые жидкости, в отличие от сложных полимеров, склонны к непрерывной деформации и течению. Новые данные показывают, что вязких эффектов достаточно для инициации разрыва даже в отсутствие выраженной эластичности. По предварительным оценкам, причиной может быть кавитация – мгновенное образование и схлопывание микропузырьков пара, порождающее ударные волны внутри среды.
Результаты исследования могут изменить подходы к проектированию гидравлических систем, технологий трехмерной печати и производству синтетических волокон. Понимание пределов прочности жидкостей также имеет значение для медицины, в частности для изучения динамики кровотока при экстремальных нагрузках. В ближайшее время ученые намерены выяснить, как обнаруженное явление проявляется в других типах сред и как его можно использовать для контроля за поведением вязких субстанций в промышленности.
