Все новости

Студент решил физическую загадку, которую не могли разгадать целый век

Он выяснил, почему пузырьки воздуха в жидкости, которая находится в очень тонкой трубке, как бы замирают и никуда не двигаются

Бакалавр из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) объяснил, почему пузырьки в очень тонкой вертикальной трубке с жидкостью как бы "зависают", не двигаясь вверх. Этот необычный эффект ученые заметили около ста лет назад, но не могли полностью понять, почему это происходит. Описание явления опубликовал научный журнал Physical Review Fluids, кратко об этом пишет пресс-служба EPFL.

Несмотря на то, что в обычном стакане с водой или бокале с шампанским пузырьки поднимаются вверх свободно и достаточно заметно для глаза, в трубочке толщиной несколько миллиметров все происходит несколько иначе. Пузырьки в таких трубках будто бы застывают и не двигаются ни вверх, ни вниз.

Ученые считали, что это происходит из-за сверхтонких пленок, которые образуются вокруг пузырьков и мешают их движению. В 1960-х годах математик Фрэнсис Бретертон даже вывел специальную формулу для того, чтобы объяснить это явление. Однако это все равно не объясняло явления, ведь, согласно известным физическим законам, пузырьки газа не должны были встречать сопротивления и, соответственно, должны беспрепятственно подниматься вверх.

Бакалавр EPFL Вассим Дауади вместе со своим научным руководителем решили полностью объяснить эту проблему. Для этого они измерили толщину пленки вокруг этих пузырьков. Как оказалось, она составляет всего несколько нанометров (то есть в несколько миллиардов раз меньше метра).

Данные, которые получил студент, показали, что сопротивление движению пузырьков газа оказывает именно эта сверхтонкая пленка. Однако даже она не мешает движению пузырьков – на самом деле они двигаются, просто очень медленно – настолько, что человеческий глаз просто не замечает этого.

Также Дауади выяснил, что эта пленка может менять свою форму, если жидкость нагревается, и возвращаться к изначальной форме после остывания. Это опровергает теории некоторых ученых о том, что в некоторых случаях такая пленка может исчезать.

Открытие студента имеет только фундаментальное значение, и на практике применить его вряд ли удастся. Тем не менее, ученые считают, что результаты работы можно будет использовать в дальнейших исследованиях – в частности, для изучения механики жидкостей в наномасштабах.