Śmieszne, ale na poważnie - Lewitujący cylinder

 Artykuł z serii "Śmieszne, ale na poważnie" opisującej badania, które na początku wydają się śmieszne, ale po głębszej analizie okazuje się, że są ważne.

 Czy wszystkie badania są ważne i użyteczne. Myślę, że nie i zdążyliśmy się o tym przekonać w trakcie odkrywania przepisu na idealne espresso lub podczas sprawdzania czy pukanie we wstrząśnięte piwo uchroni nas przed stratą złotego trunku. Jednak niektóre badania są naprawdę niesamowite i kryje się za nimi naprawdę wielka nauka.

Lewitujący cylinder

Czy da się utrzymać okrągły obiekt w powietrzu dzięki siłą lepkości i tarcia. Okazuje się, że tak i badania tego jak to zrobić rozpoczęły się już na początku lat 90. Jednak o czym mowa.

Wyobraźmy sobie, walec, który przykładamy do ściany. Jeżeli zrobimy to w domowych normalnych warunkach spadnie on na ziemie „odbijając się” od ściany i nie mając w trakcie spadku z nią kontaktu. Jeżeli jednam nasz walec zanurzymy w oleju to siły lepkości przykleją nasz obiekt do ściany i stoczy się po niej w dół. Eksperyment taki można wykonać w domu używając zamiast oleju taśmę dwustronną (ściana musi być płaska a walec, np. słoik, musi być odpowiednio ciężki, żeby taśma dolepiała się od ściany, ale nie za ciężki).

Rysunek 1. Stanowisko badawcze
[Źródło 1]

Stąd już niedaleko do pomysłu, aby naszą ścianę wprawić w ruch zastępując ją przemieszczającym się obiektem. Choćby paskiem napędzanym przez silnik. Naukowcy tak zrobili i otrzymali niesamowity efekt, który możecie zobaczyć poniżej. Ponadto okazuje się, że żeby go osiągnąć można zastosować kilka taktyk. No dobra. Powstaje więc pytanie jak to zrobić? 

Rysunek 2. Lewitujący cylinder
[Źródło 1]

Mimo, że efekt jest niesamowity to przeprowadzenie tego eksperymentu nie należy do najprostszych. Olej musi mieć odpowiednie właściwości. Grubość oleju rozprowadzonego na pasku musi być odpowiednia a pasek musi poruszać się z określoną prędkością. Celując na ślepo bardzo trudno ustalić odpowiednie parametry, aby osiągnąć zamierzony efekt. Jednak tu na pomoc przychodzi matematyka. No i powiem wprost. To mnie zwyczajnie przerasta. Jeżeli jesteście więc ciekawi, jak osiągnąć pokazany efekt to… zapraszam do lektury. Pozostaje wiec pytanie po co?

Nauka zajmuje się opisem świata, a odkrycie i wykazanie matematycznych zależności panujących w trakcie tego prostego eksperymentu wydaje się wystarczającą odpowiedzią na to pytanie. Jednak wydaje mi się, że na pytanie „po co?” należy w tym przypadku odpowiedzieć innym pytanie „a dlaczego nie?”. Przedstawiony eksperyment to istne kuriozum, a wydaje mi się, że odkrycie tego jak je osiągnąć sprawiło twórcom artykułu nie mniej radości niż wizyta w wesołym miasteczku.

Na koniec tytuł jednego z artykułów zajmujących się podobnym zagadnieniem
Rolling stones: The motion of a sphere down an inclined plane coated with a thin liquid film

Źródła:

1.  Dalwadi, M. P., Cimpeanu, R., Ockendon, H., Ockendon, J., & Mullin, T. (2021). Levitation of a cylinder by a thin viscous film. Journal of Fluid Mechanics, 917, https://doi.org/10.1017/jfm.2021.284
2. YouTube:"Levitation by Thin Viscous Films" by Hilary and John Ockendon (Oxford University)