Hoe de inslag van een steen op water een supersone luchtstroming veroorzaakt
Op het eerste gezicht is het laten vallen van een steen in een vijver een zeer alledaags verschijnsel. Maar schijn bedriegt! Onderzoekers van de Universiteit Twente, de Spaanse Universidad de Sevilla en de Stichting FOM hebben recentelijk aangetoond dat dit proces gepaard gaat met de vorming van een supersone luchtjet. De onderzoekers publiceren hun resultaten op 11 januari in het toonaangevende tijdschrift Physical Review Letters, waar het bovendien is geselecteerd als 'editors' suggestion'.
Als een steen in stilstaand water valt ontvouwt zich een wonderbaarlijk schouwspel, dat begint met een kroon van opspattend water en de vorming van een holte onder het vloeistofoppervlak. Deze holte stort vervolgens ineen en creëert daarbij een dunne, zeer snelle vloeistofstraal, de zogeheten jet. Wat voor het ongewapende oog van de toeschouwer verborgen blijft is de bewegingsrijkdom van de lucht die in de holte is ingesloten en die uiteindelijk met snelheden groter dan die van het geluid uit de holte geperst wordt.
Door experimenten waarin de luchtstroming in de holte gevisualiseerd wordt te combineren met computersimulaties, tonen de onderzoekers aan dat het mechanisme dat tot deze uiterst snelle luchtstroom leidt grote overeenkomst vertoont met een straalmotor van een vliegtuig. Ook hier worden gassen door een kleine opening geperst wat tot supersone stroming leidt. Het grote verschil is echter dat waar de uitlaat van een straalmotor star en onveranderlijk is, er bij waterinslag een vloeibare vernauwing optreedt, die gedurende het proces snel kleiner wordt.
Om het inslagproces op een zeer gecontroleerde manier te kunnen bestuderen gebruiken de onderzoekers een cirkelvormige schijf die met behulp van een lineaire motor door het vloeistofoppervlak heen getrokken wordt. Met rookeffecten uit rookmachines, vergelijkbaar met de effecten in theaters en discotheken, maken zij de luchtstroming zichtbaar. De beweging van de rookdeeltjes wordt door middel van een krachtige laser verlicht en opgenomen met een hoge snelheidscamera, die tot 30.000 afbeeldingen per seconde produceert.
Informatie
Wilt u meer informatie over dit onderzoek? Neem dan contact op met Stephan Gekle of Devaraj van der Meer, telefoon 053 489 23 87.