Учёные всерьёз изучили конкурс из соцсетей с подбрасыванием бутылки

В ходе экспериментов с использованием надувных мячей, пластиковых бутылок и высокоскоростной видеокамеры исследователи из Чили выяснили, как управлять ёмкостью, закручивая воду внутри.

Эксперимент с неполной пластиковой бутылкой напоминает соревновательный вызов из соцсетей. Да так оно и есть: популярный конкурс «переверни бутылку» (Bottle Flip Challenge) физику Пабло Гутьерресу показал его сын. Суть челленджа в том, чтобы подброшенная пластиковая бутылка после кувырка приземлилась на донышко. Гутьеррес, который изучает динамику жидкости в Чилийском университете О’Хиггинса, заинтересовался научной основой состязания. Да настолько, что коллега Гутьерреса Леонардо Гордильо, физик из Университета Сантьяго, со смехом говорит о товарище: «Он бросал много бутылок».

Итак, физики перенесли опыты с подбрасыванием бутылки в лабораторию. Они приклеили половинки резиновых мячиков ко дну бутылок, чтобы усилить отскок. И сделали важное для понимания наблюдение: бутылки, которые они покрутили перед тем, как выпустить из руки, отскакивали гораздо слабее, вероятно, благодаря гидродинамике. Чтобы проверить это, физики создали хитроумное устройство, которое могло вращать и бросать бутылки с научной точностью. Высокоскоростная видеокамера фиксировала жидкость внутри со скоростью 2000 кадров в секунду. Действительно, чем быстрее закручивалась вода, тем точнее и устойчивее приземлялась бутылка. Результаты опытов опубликовали в научном журнале Physical Review Letters. На рисунке показано, как вращение влияет на результат броска.



Подобно пассажирам автомобиля при крутом повороте бурлящая вода внутри бутылки приникает к стенкам контейнера. При этом жидкость равномерно поднимается вдоль стенок. Когда бутылка ударяется о землю, вода обрушивается к одной точке в центре основания. Вся жидкость словно бы пытается пройти через эту точку, но не может. Поскольку, условно говоря, пробить дно не получается, вода поднимается обратно вверх. Наибольшая часть импульса падающей бутылки перенаправляется в эту вертикальную струю, а не в отскок, что смягчает удар. И это объясняет, почему закрученные бутылки после кувырка имеют тенденцию как бы прилипать к земле. Затем вращающаяся струя воды кружится подобно торнадо и разлетается на капли, прежде чем большая её часть ударяется о горлышко бутылки.

Помимо чисто научного интереса результаты таких наблюдений могут быть полезны, например, для уменьшения повреждений цистерн с топливом при столкновении.

Кстати, видео к экспериментам не относится — на нём забавы энтузиастов, которые превратили челлендж с баклажкой в искусство.