Почему разбавленное жидкое мыло вылетает из дозатора водой, а не пеной
Многие делают так: когда жидкое мыло почти закончилось, во флакон добавляют немного воды, встряхивают и надеются получить ещё несколько порций пены. Но часто результат другой — из дозатора вылетает почти обычная вода, а густое мыло остаётся внутри на стенках флакона.
Причина в том, что вода и мыло взаимодействуют не так, как нам кажется. Вода более жидкая, мыло — более густое. Когда вода попадает внутрь и её выдавливают через дозатор, она не всегда равномерно выталкивает мыло. Чаще она ищет самый лёгкий путь и пробивает в густой жидкости узкий канал.
Физики называют это явление «вязкими пальцами». В новом исследовании учёные из Чикагского университета показали, что такие каналы можно замедлить, если сделать границу между двумя жидкостями более плавной. Работа опубликована в Science Advances.
Детали
Представьте густое мыло как плотную массу внутри флакона, а воду — как более лёгкую, текучую жидкость. Когда вы нажимаете на дозатор, вода не обязательно толкает всё мыло перед собой. Ей проще найти слабое место, пройти через него и выйти наружу.
Так образуется тонкий «туннель» или ответвление. Снаружи это выглядит так, будто мыло разбавилось плохо: вместо пены выходит водянистая струя.
В лаборатории этот эффект изучают не во флаконе, а в очень тонком зазоре между двумя прозрачными пластинами. Учёные помещают туда густую жидкость, а затем вводят более жидкую. Если граница между ними резкая, жидкая среда быстро начинает пробиваться вперёд отдельными «пальцами».
Команда Зхаонина Лю, Самар Алкатари, Томаса Видебека и Сидни Нагеля проверила, можно ли управлять этим процессом не меняя состав жидкостей. Для этого исследователи двигали одну из пластин из стороны в сторону. Такое движение немного «размазывало» границу между жидкостями, делало её менее резкой.
Результат оказался понятным: чем сильнее и быстрее двигали пластину, тем позже появлялись эти «пальцы», а когда они всё же возникали, то росли медленнее. Иными словами, если граница между жидкой и густой средой не такая резкая, воде сложнее пробить быстрый путь.
Почему это важно
История с мылом — только бытовой пример. Тот же принцип важен в промышленности и экологии.
Например, когда одну жидкость или газ закачивают под землю, чтобы вытеснить другую среду, более текучее вещество может не двигаться ровным фронтом. Оно может пройти по узкому каналу и оставить большую часть вещества на месте. Это снижает эффективность процесса.
Такое поведение важно при добыче нефти, при работе с подземными водами и при проектах по хранению углекислого газа под землёй. Если газ или жидкость уходит «пальцами», инженерам сложнее контролировать, куда именно она попадёт.
Но важно не преувеличивать. Учёные не решили сразу все проблемы добычи нефти или хранения CO₂. Они показали фундаментальный механизм в лаборатории: форму границы между жидкостями можно менять, и это влияет на то, насколько быстро одна жидкость пробивает другую.
Бэкграунд
«Вязкие пальцы» — это не новый термин. Физики давно изучают такие узоры: они появляются, когда более жидкая среда вытесняет более густую в ограниченном пространстве. Похожие ветвящиеся формы можно увидеть в разных природных и технических процессах.
Новое исследование важно тем, что предлагает простой способ влиять на этот эффект. Не обязательно менять сами жидкости. Иногда достаточно изменить движение стенок или форму границы между ними.
Для обычного человека это объясняет, почему разбавленное мыло часто ведёт себя так раздражающе. Для физиков и инженеров — это ещё один шаг к тому, чтобы лучше управлять движением жидкостей там, где ошибка может стоить гораздо дороже, чем испорченный дозатор.
Источник
Zhaoning Liu, Samar Alqatari, Thomas E. Videbæk, Sidney R. Nagel, “Effect of translational shear on interfacial structure in the viscous fingering instability”, Science Advances, 2026.