15 января 1919 г., вскоре после 12:40 по местному времени, гигантский резервуар для хранения рухнул в многолюдном районе Норт-Энд в Бостоне, выпустив более 8,7 миллиона литров патоки. Первоначальная волна была высотой 7,6 метра, почти такой же высотой, как стойка ворот в американском футболе, и двигалась со скоростью более 15 метров в секунду, около 11 миль в час. За считанные секунды патока охватила район Коммерческой улицы, сровняв здания, повредив эстакаду, убив 21 человека и ранив еще 150 человек.
Это исследование требовало уникального подхода, сочетающего обычные лабораторные исследования с исчерпывающими историческими записями.«Чтобы собрать соответствующую информацию о наводнении и его последствиях, я прочитал сотни страниц исторических отчетов и современных газетных статей, изучил вековые карты зданий в этом районе и даже позвонил в Национальную метеорологическую службу, чтобы запросить исторические метеорологические данные. ", — сказала Николь Шарп, научный коммуникатор и аэрокосмический инженер.Аспирант Гарварда Джордан Кеннеди провел реологическое исследование, изучая свойства текучести мелассы, чтобы изучить ее вязкость и влияние температуры.
Они проводили эксперименты с холодной растекающейся патокой, сравнивая результаты с моделями, которые включают гравитацию из литературы. «Цель состоит в том, чтобы использовать наши знания и понимание распространяющихся потоков с высокой вязкостью и применить их к Бостонскому потопу патоки. В конечном счете, мы хотим использовать патоку в качестве средства обучения и распространения информации о гидродинамике и использовать его для вовлечения студентов и студентов. общественность с физикой ", — сказал Шарп.Поскольку это неньютоновская жидкость, зависимость между вязкостью мелассы и скоростью ее деформации непостоянна, как для большинства известных жидкостей.
В частности, патока разжижается при сдвиге, что означает, что ее деформация с большей скоростью, т.е. более быстрое течение, снижает ее вязкость, тем самым позволяя ей течь быстрее.Однако при температурах, связанных с наводнением Бостонской патоки, этот эффект чрезвычайно мал.
Оказывается, гораздо большее влияние оказывает температура. При охлаждении патоки с 10 до 0 градусов Цельсия вязкость патоки увеличивается в 3 раза, а по мере дальнейшего охлаждения патока становится более сильной.Во время обрушения патока, хранившаяся в резервуаре, была, вероятно, теплее окружающего воздуха примерно на 5 градусов по Цельсию.
Свежая партия патоки прибыла из Карибского бассейна, чтобы пополнить резервуар всего за два дня до этого, и она еще не полностью остыла до бостонских зимних температур. Однако, когда резервуар раскололся и меласса разлилась по береговой линии, она остыла бы быстрее, особенно при падении температуры после захода солнца.
Вязкость патоки резко увеличилась бы при таком охлаждении, что затруднило бы попытки спасти жертв и начать восстановление и очистку.Физика Потопа патоки имеет отношение к другим несчастным случаям, затрагивающим население, включая промышленные разливы или прорыв дамб, но конечная цель этой работы — образовательная. «Как только я погрузился в историю Бостонского наводнения патоки, я был удивлен тем, насколько богат этот предмет, особенно для инженерного образования», — сказал Шарп.
Он дает возможность обсудить гидродинамику, строительную механику, инженерную этику, историю и право в рамках одной темы. «Мы надеемся, что, пролив некоторый свет на физику увлекательного и сюрреалистического исторического события, мы сможем вдохновить наших студентов и публику на большее понимание динамики жидкости».