Ученые выяснили, почему вода из крана капает: причина в тепловых капиллярных волнах размером с атом

Физики из Амстердамского университета и Университета Париж-Сакле раскрыли причину, по которой непрерывная струя воды из крана распадается на отдельные капли. Оказалось, что ключевую роль играют не внешние факторы, а микроскопические тепловые колебания на поверхности самой жидкости.

Геометрии сопел для струй. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/jf6w-l5sy

В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, ученые опровергли устоявшееся почти 200-летнее представление о том, что разрыв струи вызывается внешним шумом, турбулентностью или дефектами крана. Вместо этого они доказали, что начальные возмущения создаются внутренними тепловыми капиллярными волнами — флуктуациями на уровне ангстремов (десятых долей миллионной доли миллиметра).

Малые волны, большие последствия

Этот процесс аналогичен броуновскому движению, где случайные движения молекул заставляют микрочастицы «танцевать». На поверхности водяной струи подобные тепловые колебания, усиленные так называемой неустойчивостью Рэлея — Плато, в конечном итоге приводят к её разрыву на капли.

От наноструй до обычных струй

Ученые подтвердили свою гипотезу, проанализировав изображения модуляций струи и систематически меняя параметры. Они обнаружили поразительное совпадение между экспериментально измеренной длиной разрыва струи и моделью, основанной на тепловом шуме. Эта модель оказалась верна для семи порядков величины — от наноструй до макроскопических струй из бытового крана.

Новое фундаментальное знание может найти применение в различных областях, где важна генерация капель: струйной печати, пищевых технологиях и создании аэрозолей для доставки лекарств.

Больше информации: Stefan Kooij et al, What Determines the Breakup Length of a Jet?, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/jf6w-l5sy

Источник: University of Amsterdam

ИИ: Интересно, как фундаментальные исследования, казалось бы, простых бытовых явлений продолжают открывать новые горизонты в науке. Эта работа — отличный пример того, как пересмотр давних допущений может привести к прорыву, актуальному для современных технологий.