Австралийские физики исследовали движение капель, которые образуются над поверхностью вибрирующего силиконового масла, и обнаружили несколько новых типов капель и коллективного движения.

В отличие от предыдущих экспериментов ученые добавили к основной частоте колебаний обертон. По словам исследователей, такая гидродинамическая система позволяет моделировать квантовомеханиеские процессы. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Если бросить каплю жидкости в чашку с той же самой жидкостью, капля практически сразу утонет. Если же заставить жидкость в чашке вибрировать с определенной частотой, «капля-утопленник» превратится в «каплю-ходока» (walker), которая бегает по поверхности, словно водомерка. Для этого частота вибраций должна быть немного ниже порога нестабильности, выше которого поверхность жидкости покрывается так называемой рябью Фарадея — системой стоячих волн, пронизывающих поверхность.

Собственно, «ходоки» перемещаются именно за счет этих волн, которые возбуждаются при падении капли, ускоряют ее, а потом затухают из-за недостатка закачиваемой в систему энергии. Чем ближе частота колебаний к пороговой частоте, тем меньше этот недостаток, тем дольше живут возбужденные волны и тем сложнее становится движение капель.

Лучше всего поведение «капель-ходоков» изучено на примере силиконового масла, для которого критическая частота колебаний составляет примерно 80 Герц. В этом случае характерный размер «ходока» составляет чуть меньше 0,5 миллиметра, а характерная скорость движения — 15 миллиметров в секунду. Тем не менее, даже в этом случае все исследования ограничивались только одной «почти критической» частотой возбуждений, хотя в полноценной ряби Фарадея обертоны представлены наравне с основным тоном.

Группа исследователей под руководством Тапио Симула (Tapio Simula) впервые исследовала ситуацию, в которой поверхность жидкости одновременно возбуждается на «почти критической» и «почти полукритической» частоте.