Задача «Кольцевой фонтан» одна из самых интересных и красивых в сезоне Турнира юных физиков 2026 года: когда массивное кольцо падает плашмя на поверхность воды, из его центра поднимается высокая струя, затем воздушный колодец, пробитый в воде кольцом, схлопывается, и образуется вторая струя. Мы уже сняли ролик по этой задаче прошлым летом, в самом начале Турнира, а затем приложили много усилий, чтобы продвинуться в её решении, и вот наконец предлагаем вашему вниманию совершенно новый ролик.

Первая фаза формирования струи — это быстрый удар кольца о воду. В идеальном случае горизонтального падения на поверхность воды удар длится порядка 10 микросекунд, а реально из-за небольшого перекоса кольца время удара составляет порядка 1 миллисекунды — всё происходит в пределах одного кадра доступной нам скоростной съёмки, и подробности этой фазы мы разглядеть не можем. Кольцо передаёт воде часть своего импульса, его скорость уменьшается, но за это время кольцо проходит расстояние всего лишь порядка 1 мм, так что частицы воды во всём объёме сосуда уже приобретают некоторую скорость, однако практически не успевают сместиться.

Самое интересное, что при этом формируется поле скоростей, которое получается в модели идеальной несжимаемой жидкости при безотрывном (!) безвихревом обтекании кольца однородным потоком, хотя при реальном обтекании при таких скоростях за кольцом всегда образуются вихри и зона турбулентности. И конечно, при ударе никакой воды за кольцом вообще нет!

Во второй фазе вода вылетает из-под кромки кольца, и образуется пелена — тонкая водяная плёнка, которая снаружи расходится от кольца, а внутри сходится к его оси и формирует самую быструю вершину струи. Эта фаза длится уже миллисекунды и фиксируется на нескольких кадрах. В то же самое время кольцо продолжает погружаться и выдавливать воду, так что в его центре поднимается сплошная струя.

Мы исследовали зависимость скорости вылета этой струи от диаметра отверстия кольца и глубины воды в сосуде и получили весьма интересные результаты, некоторые из которых мы так и не смогли объяснить. Может быть, это удастся сделать вам? Смотрите наш новый ролик «Кольцевой фонтан» с фантастически красивыми съёмками струйных течений, размышляйте и экспериментируйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!