Лед движется сам по себе на поверхности металла
Инженеры спроектировали плоскую металлическую поверхность, которая позволяет льду пробираться через нее без толчка, чтобы получить его. Команда не была вдохновлена порогами реки или океанскими течениями, однако. Исследователи из Virginia Tech облегчили, казалось бы, сверхъестественное движение после изучения известного явления в одном из самых сухих мест на Земле. Согласно их исследованию, опубликованному 14 августа в журнале ACS Applied Materials & Interfaces , результаты могут иметь удивительно серьезные последствия для всего, от методов быстрой разморозки до сбора зеленой энергии.
В Racetrack Playa Долины Смерти есть несколько очень странных скал. Впервые задокументированное в начале 1900-х годов, сухое дно озера содержит бесчисленные «камни, бьющиеся по песку». Бродячие скалы, кажется, путешествуют по песку самостоятельно, оставляя четкие грунтовые следы на своем пути. Помимо широкого спектра неправдоподобных и потусторонних объяснений, исследователи потратили десятилетия, пытаясь выяснить точную механику странного поведения.
В 2014 году группа под руководством гарвардского палеоцеанографа Ричарда Норриса наконец-то нашла ответ.
Морские камни Racetrack Playa движутся только в очень специфических условиях. В частности, земля должна быть достаточно сухой, чтобы то небольшое количество осадков, которое она получает, не проникало в затвердевшую поверхность. Далее температура должна опускаться ниже нуля, чтобы лед образовывался на дне пустыни. Как только он неизбежно начинает таять, небольшие бризы дают оставшимся плотам льда импульс, который им нужен, чтобы начать двигаться. И иногда камни сбиваются с верхушки этих маленьких импровизированных сосудов.
Узнав о механике парусного камня в 2019 году, команда во главе с Джонатаном Борейко из лаборатории природных жидкостей и интерфейса Virginia Tech задалась вопросом, могут ли они изготовить поверхность, которая также перемещает лед по ровной горизонтальной траектории. Но, в отличие от камней долины пустыни, они хотели сделать это без какой-либо энергии ветра. После трех лет экспериментов и еще двух для точной настройки дизайна, Борейко и его коллеги получили свой ответ.
Это занимает несколько мгновений, но результаты ясны: их новая поверхность позволяет маленькому ледяному диску начать движение без какого-либо внешнего зачинщика. Чтобы это произошло, исследователи построили алюминиевые пластины, выгравированные асимметричными, наконечниками стрел, похожими на рисунок сельди. По мере таяния льда вода направляется через эти канавки, чтобы наметить путь вперед.
«Это направленное течение талой воды несло ледяной диск вместе с ним, — объясняет соавтор исследования Джек Тапочик. — Хорошая аналогия заключается в трубках на реке, за исключением этого, направленные каналы вызывают поток вместо гравитации».
Ради любопытства команда покрыла свои алюминиевые пластины водоотталкивающим спреем. Хотя они предполагали, что ледяной диск просто будет двигаться быстрее с самого начала, результат был более сложным. После того, как водонепроницаемая поверхность фактически прилипает к диску, когда плавящаяся вода выдавливается вдоль каналов. В определенный момент, однако, диск внезапно увеличивается вперед, как будто компенсируя потерянное время.
«Забавный трюк здесь заключается в том, что, когда талая вода течет за передним краем ледяного диска, она создает лужу, — сказал Борейко. — Наличие плоской лужи на одной стороне льда создает несоответствие поверхностного натяжения, которое вытесняет лед и заставляет его стрелять по поверхности».
Эти динамики могут гипотетически улучшить методы размораживания различных материалов. По словам Борейко, однако открытие его команды может привести к чему-то более электрифицирующему. Изобразите поверхность алюминиевой сельди, но вместо двунаправленного квадрата или прямоугольника это круг. И помните те парусные камни?
Больше в науке
«Теперь представьте, что магниты будут помещаться на лед, а не на валуны, — сказал он. — Эти магниты также будут вращаться, что может быть использовано для выработки электроэнергии».
Хотя для определения эффективности и масштабируемости конструкции необходимы дополнительные исследования и эксперименты, она по-прежнему является многообещающей возможностью для будущих устойчивых энергетических достижений — все благодаря куче камней.
