Физики нашли объяснение парадоксу Леонардо, описавшего странное движение пузырьков

Явление подъема пузырьков по спирали известно уже более 500 лет, но его объяснение до недавнего времени оставалось загадкой. Итальянский художник эпохи Возрождения Леонардо да Винчи стал одной из величайших фигур в истории. С его именем связано множество необычных наблюдений и явлений, в том числе несколько парадоксов — например, парадокс Леонардо в гидродинамике: как пузырьки могут подниматься по воде, если они отталкиваются от нее по мере своего движения вверх?

Об этом сообщает Naked Science. Около 500 лет назад великий итальянский ученый заметил, что хотя большинство пузырьков поднимаются к поверхности прямо снизу, некоторые колеблются и поднимаются вверх по спирали. Он изложил движения в записной книжке, известной как Лестерский кодекс, дошедшей до нас. Загадка была разгадана в статье PNAS. Наблюдения подтверждают, что по мере увеличения размеров пузырьков в воде их траектории, которые вначале опускаются вниз по относительно прямой линии, начинают искривляться из стороны в сторону.

Мигель Херрада из Университета Севильи и Йенс Эггерс, исследователь из Бристольского университета, использовали новые расчеты, чтобы показать, что этот критический размер составляет 0,926 миллиметра. Если диаметр пузырька превышает это значение, он теряет свою ровную сферическую форму и становится неустойчивым. На его поверхности появляются участки большей кривизны. Поскольку в больших изгибах вода течет вокруг пузырьков быстрее, давление ниже. Это заставляет пузырь двигаться в сторону, одновременно позволяя сильно изогнутому участку немного округлиться, восстанавливая свою форму. Однако, поскольку он остается неустойчивым, он снова деформируется, и весь процесс повторяется (с периодическими колебаниями), создавая волны, которые движутся из стороны в сторону.

Авторы отмечают, что когда критические размеры пузыря превышены — то есть он становится настолько большим и плавучим, что форма изменяет течение воды вокруг него — силы, действующие на пузырь, деформируются и изменяют, сколько сил требуется для продолжения движения в том или ином направлении. Новая работа исследует поведение пузырьков, которые образуются и перемещаются в жидкостях. Пузырьки сопровождают ряд природных явлений (включая хруст пальцев) и используются для осуществления промышленных процессов.

Ранее «ЭкоПравда» сообщала, что ученые призвали людей питаться водорослями для сохранения климата на планете.