A gázbuborék deformációja ciklikusan ingadozó sebességhez vezet.
A reneszánsz polihisztor Leonardo da Vinci mintegy félezer évvel ezelőtt jegyezte fel, hogy a vízben emelkedő buborékok, ha elég nagyok, nem egyenes vonalban, hanem cikkcakkban vagy spirális pályát követve emelkednek a felszínre. Arra, hogy miért nem a legegyszerűbb, egyenes vonalban mozognak, azóta sem született fizikai magyarázat. Eddig. A Sevillai és Bristoli egyetem professzorai matematikai úton és modellezéssel találtak magyarázatot a periodikus mozgásra – cikküket az amerikai akadémia folyóirata, a PNAS közölte.
A buborékok vízbeli mozgása kulcsfontosságú egy sor természeti jelenség, a vegyipar és a környezet szempontjából. A egyéni buborék mozgása sokat kutatott elméleti és gyakorlati paradigma.
– fogalmaztak a szerzők és Miguel Herrada és Jens Eggers.
Ezek és a rendelkezésre álló hatalmas számítástechnikai kapacitás ellenére nem tudták összeegyeztetni a deformálható légbuborékokkal kapcsolatos kísérleti tapasztalatokat és hidrodinamikai egyenletek számtani szimulációit
– tették hozzá.
Az egy milliméternél kisebb átmérőjű gömb alakú buborékok egyenes vonalban emelkednek felfelé a vízben, de e méret felett már periodikus mozgást végeznek. A jelenségben egy sor erő játszik közre, a folyadék viszkozitásától, a felületi feszültségen át, a szennyező anyagok hatásáig.
Változó az ellenállás
A professzorok a folyadékok mozgását leíró Navier–Stokes-egyenletek segítségével meghatározták, hogy a mozgás akkor jelenik meg, amikor a buborék gömbsugara meghaladja a 0,926 millimétert. Az ennél nagyobb buborékok már deformálódni kezdenek a mozgás hatására. A gördület minimális változása ahhoz vezet, hogy a buborék gyorsulni kezd, de emiatt a felette és alatta mozgó folyadék sebessége eltér, amitől viszont lassulni kezd és visszatér a kezdeti állapotába. Ez az egyensúlyhiány végeredményben ciklikus mozgásra kényszeríti a buborékot.
Herrada és Eggers eredményét nem csak a szimulációk igazolták, de az általuk megállapított buborékméret és az 1990-es években ultratiszta vízzel végzett kísérletek mérései is csak 2 százalékos eltéréssel fedték egymást.
A tudósok nemcsak Leonardo által felfedezett rejtélyt fejtették meg azzal, hogy leírták a buborék deformációjának és gyorsulásának összefüggését, hanem új utat is nyitottak például a szilárd és gáz halmazállapot közötti szennyező anyagok viselkedésének megismeréséhez.
(Jerusalem Post, Phys.org, Vice)
(Borítókép: Leonardo da Vinci portréja. Fotó: DeAgostini/Getty Images)
English (US) · 
Hungarian (HU) ·