معمای عجیب و غریب ۵۰۰ ساله «داوینچی» حل شد!

محققان دانشگاه‌های سوویا و بریستول موفق شدند معمای مسیر ناپایدار حباب هوایی که در آب بالا می‌رود را حل کنند.

پروفسور میگل آنجل‌هرادا از دانشگاه سویا، به همراه پروفسور جنز. جی. ایگرز از دانشگاه بریستول مکانیسمی را کشف کرده‌اند که در آن حرکت نامنظم حباب‌هایی که در آب بالا می‌روند را توضیح می‌دهد.

این یافته‌ها که در مجله معتبر Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است، به ما اطلاعاتی در مورد رفتار ذراتی که بین حالت‌های جامد و گاز قرار می‌گیرند ارائه می‌کند.

پنج قرن پیش، لئوناردو داوینچی این مشاهدات خود را ثبت کرد که حباب‌های داخل آب اگر به اندازه کافی بزرگ باشند، برای بالا رفتن و رسیدن به سطح آب، از یک خط مستقیم منحرف می‌شوند و به صورت زیگ زاگ یا مارپیچ حرکت کرده و بالا می‌روند. با این‌حال تاکنون توضیحی در مورد این پدیده حرکتی تناوبی یا مکانیسم فیزیکی آن یافت نشده بود.

نویسندگان این مقاله جدید، تکنیکی برای گسسته سازی عددی، برای توصیف دقیق رابطه حباب هوا در آب ایجاد کرده‌اند. این تکنیک آن‌ها را قادر می‌سازد تا حرکت حباب در آب را شبیه‌سازی کرده و پایداری آن را کشف کنند.

شبیه‌سازی‌های آن‌ها با اندازه‌گیری‌های حرکت ناپایدار حباب با دقت بالا مطابقت دارد و نشان می‌دهد که حباب‌ها زمانی که شعاع کروی‌شان از ۹۲۶/۰ بیشتر شود، در آب از مسیر مستقیم منحرف می‌شوند. نتیجه‌ای که در دهه ۹۰ میلادی نیز با حدود ۲٪ از مقادیر تجربی با آب بسیار خالص، به دست آمده بود.

نظر محققان درمورد ناپایداری مسیر حباب این است که به دلیل منحرف شدن دوره‌ای حباب، انحنای آن تغییر می‌کند، بنابراین بر سرعت بالا رفتن آن تاثیر می‌گذارد و باعث ایجاد نوسان در مسیر حباب می‌شود، و حباب در مسیر حرکت به بالا به آن سمتی که انحنای آن زیاد شده کج می‌شود.

سپس، همانطور که سیال سریع‌تر حرکت می‌کند و فشار سیال در اطراف سطحی که انحنای آن زیاد است کاهش می‌یابد، متعادل نبودن فشار، حباب را به موقعیت اولیه خود بازگردانده و چرخه دوره‌ای دوباره شروع می‌شود.