Студент из Швейцарии решил физическую головоломку, которую ученые пытались объяснить 100 лет. Он объяснил, почему пузырек воздуха остается неподвижным в вертикальной узкой трубе с жидкостью, а не поднимается наверх.
Обычно воздушные пузырьки в воде свободно поднимаются к поверхности, и этот механизм легко объясняется физическими законами. Например каждый, кто открывает бутылку с минеральной водой, видит, что пузырьки воздуха поднимаются на поверхность. Дело в том, что, если жидкость не находится в движении и пузырь воздуха не встречает сопротивления, он должен просто подниматься. Но вопрос, почему пузырек остается неподвижным в вертикальной трубе диаметром несколько миллиметров, оставался без ответа. Физики попытались описать механизмы, лежащие в основе этого явления, но с головоломкой так никто и не справился.
Впервые физики заметили этот феномен почти сто лет назад, но не могли найти ему объяснения. В теории, пузырьки не должны встречать никакого сопротивления, если жидкость не находится в движении. И точно так же всплывут на поверхность. Но в реальности этого не происходит.
Первым, кто сумел не только разглядеть ультратонкий слой между пузырьком и жидкостью, а также измерить и описать его свойства, стал Васим Дауади, студент-бакалавр из Федеральной политехнической школы Лозанны. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Fluids.
Он обнаружил, что пузыри не останавливаются, как считалось ранее, а продолжают двигаться вверх, только очень медленно. Его данные смогли подтвердить некоторые из выдвинутых ранее теорий. «Поскольку пленка между пузырем и трубкой очень тонкая, она создает сильное сопротивление движению, существенно замедляя его», — пояснил Джон Колински, глава лаборатории, в которой проводились исследования.
С помощью метода оптической интерференции Дауади и его коллеги измерили толщину пленки, которая была размером всего несколько миллионных долей миллиметра. Также было обнаружено, что пленка меняет форму, если на пузырьки воздействует тепло, но они возвращаются в прежнее состояние, когда температура нормализуется.
Ученые не исключают, что результаты их работы могут быть использованы для исследований явлений при движении жидкостей, например в биологических системах.