Игрушечный кораблик проплыл «вверх ногами» по нижнему слою левитирующей жидкости

Это вовсе не кадры из научно-фантастического фильма, а всего лишь эксперимент исследователей из Высшей школы промышленной физики и химии в Париже. Группа под руководством Бенжамена Апффеля и Филипа Новкоски заставила маленькие лодки плавать по волнам нижнего слоя жидкости, будто бы гравитация изменила свое направление.

Этот эффект связан с силами вертикальной вибрации. Уже установлено, что некоторые тщательно откалиброванные вертикальные встряхивания могут удерживать жидкость во взвешенном состоянии внутри контейнера, и здесь команда воспользовалась этим явлением.

Простая вода физикам не подходила, поэтому они использовали для стабилизации поверхности жидкого слоя силиконовое масло и глицерин — вещества с высокой вязкостью. Чтобы заставить жидкость левитировать, авторы эксперимента наливали ее в сосуды прямоугольного сечения, которые помещали на вибрирующую опору, а затем через шприц постепенно наполняли пространство под жидкостью воздухом.

Затем они помещали небольшие легкие (до 6 граммов) предметы — шарики и кораблики — сверху и снизу левитирующей жидкости, и все они свободно плавали в суспензии.

«Мы предсказываем теоретически и показываем экспериментально, что вертикальное сотрясение также создает стабильные положения плавучести на нижней границе раздела жидкости, которые ведут себя так, как если бы гравитационная сила была перевернута. Таким образом, тела могут плавать вверх ногами на нижней границе раздела левитирующих слоев жидкости», — авторы эксперимента.

Исследователи объясняют, что здесь лодка (или любой подобный небольшой предмет) погружается в жидкость из-за высокого давления воздушного кармана под ней, создаваемого в первую очередь весом жидкого слоя.  

Когда восходящая сила этого давления уравновешивается направленной вниз силой тяжести, объект плавает по перевернутой поверхности. Уравновесить это давление — непростая задача, и это одна из основных тем нового исследования — необходимые силы были смоделированы математически перед испытанием в лаборатории.

Любопытный эффект остается стабильным, даже если лодку толкать или тянуть (в данном случае с помощью магнитов, проходящих через стекло контейнера) — она ​​восстанавливает равновесие, как если бы просто покачивалась на озере.

Сила и частота встряхивания имеют решающее значение для работы этого трюка. Когда вибрации уменьшаются, магическое заклинание разрушается, и лодка и левитирующий слой жидкости опускаются на дно камеры.