Pada abad ke-16, Leonardo da Vinci pertama kali menggambarkan fenomena menarik yang melibatkan air yang kemudian dikenal sebagai lompatan hidrolik. Dan hanya lima abad kemudian, para ilmuwan akhirnya menjelaskan mengapa itu terjadi.
Lompatan ini bukan properti tidak jelas yang hanya dapat dilihat oleh para ilmuwan. Anda benar-benar hanya perlu berjalan ke dapur Anda atau melompat ke kamar mandi untuk melihatnya.
Jika Anda menyalakan keran, perhatikan apa yang terjadi ketika air menyentuh permukaan wastafel. Ini menciptakan lapisan air melingkar yang sangat tipis, mengalir cepat, dikelilingi oleh cincin turbulen yang lebih tebal dan konsentris. Lompatan hidrolik mengacu pada titik di mana air naik dan membentuk lapisan yang lebih tebal.
Mulai tahun 1819 dengan ahli matematika Italia Giorgio Bidone, banyak peneliti telah mencoba menjelaskan apa yang menyebabkan air melonjak dengan cara ini. Tetapi semua penjelasan dan persamaan sampai saat ini telah bersandar pada gravitasi sebagai kekuatan utama, kata penulis utama Rajesh K. Bhagat, seorang kandidat doktoral di departemen teknik kimia dan bioteknologi di University of Cambridge di Inggris.
Untuk menyingkirkan gravitasi, Bhagat dan timnya melakukan percobaan sederhana. Mereka menabrak permukaan datar dan datar dengan semburan air untuk menciptakan lompatan hidrolik sederhana - jenis yang sama seperti yang Anda lihat jika Anda menyalakan air di wastafel dapur. Tetapi kemudian, mereka memiringkan permukaan ini dengan berbagai cara: secara vertikal, pada sudut 45 derajat dan horizontal - sehingga pada akhirnya, semburan air akan mengenai permukaan yang menjadi langit-langit. Untuk menangkap lompatan awal, mereka merekam apa yang terjadi dengan kamera kecepatan tinggi.
Dalam setiap kasus, lompatan hidrolik terjadi pada titik yang sama. Dengan kata lain, lapisan dalam yang tipis dan bergerak cepat memiliki ukuran yang sama tidak peduli di mana orientasi pesawat. Jika gravitasi menyebabkan lompatan, air akan "terdistorsi," di salah satu pesawat selain yang horizontal. , Kata Bhagat. "Eksperimen sederhana ini membuktikan bahwa itu bukan gravitasi."
Teori baru tidak turun dengan gravitasi
Untuk mempelajari kekuatan lain yang mungkin berperan, para peneliti memvariasikan viskositas aliran air - ukuran seberapa banyak ia dapat menahan aliran - dengan mencampurkannya dengan gliserol, sejenis alkohol dengan tegangan permukaan yang mirip dengan air, tetapi itu 1.000 kali lebih kental daripada air.
Mereka juga menjaga viskositas konstan dan mengurangi tegangan permukaan - gaya tarik yang menahan molekul cairan bersama di permukaan - dengan mencampurkan bahan umum dalam deterjen yang disebut sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS). Akhirnya, mereka memvariasikan viskositas dan tegangan permukaan dengan mencampur air dan propanol, jenis alkohol lainnya, sehingga larutannya 25 persen lebih kental daripada air murni tetapi memiliki tegangan permukaan tiga kali lebih lemah.
Hal ini memungkinkan para peneliti untuk mengisolasi pengaruh masing-masing kekuatan, penulis senior Ian Wilson, seorang profesor benda padat dan permukaan, juga di Universitas Cambridge, mengatakan kepada Live Science.
Intinya adalah untuk "dapat memprediksi di mana transisi antara film tipis dan film tebal dimulai," kata Wilson. Banyak teori sebelumnya tidak bisa melakukan itu, karena lokasi lompatan hidrolik berubah begitu lapisan tebal menyentuh semacam tepi, seperti tepi bak cuci.
Lompatan itu terjadi di tempat di mana kekuatan dari tegangan permukaan dan viskositas bertambah dan menyeimbangkan momentum dari jet cair, penulis menemukan.
Mengetahui di mana lompatan ini pertama kali terjadi dapat memiliki aplikasi dalam industri, kata Wilson. Lapisan tipis yang terbentuk sebelum lompatan membawa lebih banyak kekuatan daripada lapisan yang lebih tebal, sehingga membuat area yang lebih tipis lebih efisien dalam mentransfer panas.
Jet air berkecepatan tinggi digunakan dalam aplikasi industri, seperti pembersihan dalam pemrosesan susu dan pendinginan bilah turbin pesawat atau semikonduktor silikon, kata Bhagat. Seringkali dalam aplikasi ini, semburan air intermiten lebih efisien, kata Wilson. Untuk meningkatkan efisiensi jet intermiten ini, Anda harus dapat memprediksi di mana lompatan hidraulik awal terjadi, katanya.
