Студент бакалавра Федеральной политехнической школы Лозанны разгадал тайну, которая озадачивала ученых в течение 100 лет. Он выяснил, почему пузырьки газа в узких вертикальных трубках застревают, а не поднимаются вверх.
В стакане воды пузырьки воздуха спокойно всплывают на поверхность. Механизм этого процесса легко описывается и механизмы основными законами науки. Но когда то же самое происходит в трубке толщиной в несколько миллиметров, ученые оказываются в тупике — ведь пузырьки начинают застревать в ней на полпути.
Впервые на это явление ученые обратили внимание почти столетие назад, когда им удалось изготовить такие капилляры. Объяснения тогда никто не нашел, ведь в теории пузырьки не должны испытывать никакого сопротивления, если окружающая их жидкость не движется. А это значит, что, по идее, такой пузырек должен беспрепятственно подниматься вверх. Но этого не происходит.
Ранее физик Фрэнсис Бретертон придумал математическую формулу, чтобы объяснить этот факт. Она была основана на форме поднимающихся к поверхности пузырьков. Тогда ученые предположили, что вокруг воздушных пузырьков в таких трубках образуется пленка жидкости. Но как она влияет на скорость подъема пузырька, выяснить так и не удалось.
А вот студент Федеральной политехнической школы Лозанны Васим Дауади смог не только увидеть эту тонкую пленку жидкости, но и измерить ее толщину и выяснить физические свойства. Благодаря полученным данным, студент понял, что на самом деле эти пузырьки жидкости не застревали, а двигались очень медленно — настолько, что, казалось, будто они стоят на месте.
Для измерения свойств пленки студент вместе с научным руководителем использовали оптический интерференционный метод. Оказалось, что слой жидкости, обволакивающий пузырик, составляет всего несколько десятков нанометров. Также выяснилось, что пленка меняет форму, если пузырь нагревается, и возвращается к начальному состоянию при снятии воздействия. При этом ни в одном случае она полностью не пропадает — а это не согласуется ни с одной теорией, предложенной ранее.
Новые измерения также показывают, что пузырьки действительно движутся, хотя и слишком медленно, чтобы их мог увидеть человеческий глаз. Это происходит потому что пленка между пузырьком и трубкой настолько тонкая, что создает сильное сопротивление потоку жидкости и серьезно замедляет движение пузырька.
Новые результаты можно использовать для изучения механики жидкости и газа в нанометровом масштабе, особенно для биологических систем.
Понравился материал? Подпишись на наши новости
