A reneszánsz polihisztor Leonardo da Vinci mintegy félezer évvel ezelőtt jegyezte fel, hogy a vízben emelkedő buborékok, ha elég nagyok, nem egyenes vonalban, hanem cikcakkban 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 a 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, Miguel Herrada és Jens Eggers.

Ezek és a rendelkezésre álló hatalmas számítástechnikai kapacitás ellenére nem tudták összeegyeztetni a deformálható légbuborékokkal kapcsolatos kísérleti tapasztalatokat és a 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 görbület 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 nemcsak 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 a Leonardo által felfedezett rejtélyt fejtették meg azzal, hogy leírták a buborék deformációjának és gyorsulásának összefüggését, hanem új utat is nyitottak például a szilárd és gázhalmazállapot közötti szennyező anyagok viselkedésének megismeréséhez.

(Jerusalem Post, Phys.org, Vice)

(Borítókép:  Leonardo da Vinci portréja. Fotó: DeAgostini / Getty Images)