Физики научились опорожнять бутылки максимально быстро. "ТАСС". 8 апреля 2020

Ученые надеются, что их расчеты помогут производителям бутылок создавать сосуды идеальной формы
Индийские ученые узнали, что управляет формированием пузырьков воздуха в бутылках при попытке быстро вылить из них масло или воду. На основе этого они выяснили, как можно максимально ускорить этот процесс. Свои выводы исследователи опубликовали в научном журнале Physics of Fluids.
"Наш эксперимент показал, что для бутылок любого типа есть критический угол наклона, при достижении которого жидкость вытекает из бутылки максимально быстро. Этот параметр связан с особенностями того, как формируются зоны пустоты и пузыри у горлышка бутылки", – рассказал об исследовании один из его авторов, физик из Индийского института технологий Локеш Рохилла.
Ученые, инженеры, а также производители бытовой химии и пищевой продукции уже почти столетие пытаются создать "идеальную бутылку", из которой можно было бы максимально быстро вылить воду или различные напитки, а также выдавить последнюю каплю зубной пасты, масла, кетчупа или любой другой вязкой жидкости, которая хорошо сцепляется со стенками сосудов.
Как правило, сейчас усилия исследователей сосредоточены на создании различных покрытий, которые делают стенки сосудов максимально скользкими и заставляют их отталкивать воду, масло и прочие жидкости. Рохилла и его коллега Аруп Кумар Дас пошли по несколько иному пути. Их заинтересовало, влияет ли форма бутылки и устройство ее горлышка на то, с какой скоростью жидкость может покидать ее.
Как хорошо знает любой человек, который пытался когда-либо максимально быстро очистить бутылку, сделать это достаточно проблематично. Это связано с тем, что движению воды, газировки или растительного масла, если направить сосуд вниз, мешают пузыри воздуха, которые постоянно появляются у его горлышка и поднимаются в верхнюю часть бутылки.
Пузыри в бутылке
Индийские исследователи выяснили принципы формирования этих пузырей. Для этого они с помощью замедленной съемки проследили за тем, как они образуются в бутылках, которые заполнены водой, глицерином и силиконовым маслом. Наклоняя сосуды на разные углы, физики изучили то, как выглядели пузыри на разных стадиях их формирования и движения через бутылки, а также измерили уровень давления жидкости и другие ее свойства.
Эти наблюдения показали любопытную вещь – скорость опорожнения бутылок во всех трех случаях одинаково быстро росла до того момента, пока ученые не наклоняли их на угол примерно в 20°. Достигнув этой отметки, скорость движения всех исследованных жидкостей почти не менялась при дальнейшем увеличении наклона.
Кумар Дас и Рохилла описали этот процесс с помощью ряда формул, которые объясняли процесс формирования и схлопывания пузырьков у горлышка и в верхней части бутылки при разных углах наклона и разной геометрии сосуда. Эти расчеты показали, что сильнее всего на скорость движения жидкости влияла форма сосуда, а не вязкость и другие физические свойства самой жидкости.
Как объясняют исследователи, с помощью этих выкладок можно подобрать такую форму горлышка бутылки, благодаря которой вода, масло или спирт будут течь максимально быстро. Как надеются физики, подобные расчеты помогут производителям стеклянных и пластиковых сосудов сделать их максимально удобными для пользователей.