شاید تا به امروز نام پارادوکس یا تناقض 500ساله حباب‌های هوای لئوناردو داوینچی به گوشتان خورده باشد. در این پارادوکس، داوینچی مشاهده کرد که حباب‌ها به‌جای بالاآمدن مستقیم روی آب، به‌صورت مارپیچی و زیگزاگی به سطح آب نزدیک می‌شوند. حالا دانشمندان توانسته‌اند این معمای 500ساله را حل کنند.

دانشمندی به نام «میگوئل آنجل هرادا» از دانشگاه سویل به‌همراه «ینس جی. اگرز» از دانشگاه بریستول، موفق به پیداکردن توضیحی برای حرکت نامنظم حباب‌ها در هنگام بالاآمدن در آب شده‌اند. طبق ادعای پژوهشگران، مطالعه آن‌ها می‌تواند به درک تحرکات ذرات در گذر از حالت جامد و گاز کمک کند.

حل معمای 500ساله داوینچی با تکنیک گسسته‌سازی عددی

براساس بیانیه منتشرشده، دانشمندان در این مطالعه جدید رابطه هوا و آب در حباب را با استفاده از تکنیک گسسته‌سازی عددی به‌طور دقیق تعریف کرده‌اند که این کار به آن‌ها اجازه می‌دهد حرکت حباب را شبیه‌سازی و پایداری آن را بررسی کنند.

طرح داوینچی برای حرکت مارپیچی و صعودی حباب

به گفته پژوهشگران، زمانی که شعاع کروی حباب از 0.926 میلی‌متر عبور می‌کند، حباب از مسیر مستقیم در آب جدا می‌شود؛ نتیجه‌ای که در دو درصد از مقادیر تجربی به‌دست‌آمده از آب فوق خالص در دهه 90 میلادی قرار می‌گیرد. همچنین شبیه‌سازی‌های آن‌ها با اندازه‌گیری دقیق حرکت ناپایدار حباب مطابقت بالایی دارد.

دانشمندان در این مطالعه مکانیزمی را برای ناپایداری مسیر حرکت حباب پیشنهاد کرده‌اند که در آن کج‌شدن دوره‌ای حباب، انحنای آن را تغییر می‌دهد و بر سرعت رو‌به‌‌بالای آن تأثیر می‌گذارد. درنتیجه به‌سمت بالا کج می‌شود. در ادامه، عدم تعادل فشار باعث می‌شود حباب به موقعیت اولیه و اصلی‌اش برگردد و این چرخه دوره‌ای ادامه یابد؛ چرا که مایع سریع‌تر حرکت می‌کند و فشار مایع در نزدیکی سطح با انحنای زیاد، کاهش پیدا می‌کند.

به گفته میگوئل آنجل هرادا و ینس جی. اگرز، حرکت حباب‌ها در آب برای طیف وسیعی از پدیده‌های طبیعی، از صنایع شیمیایی گرفته تا محیط‌زیست، نقشی اساسی بر عهده دارد. همچنین افزایش نیروی شناوری یک حباب به‌عنوان پارادایم (الگو) مطالعه‌شده هم از نظر تجربی و هم از نظر تئوری عمل می‌کند.

نتیجه کار پژوهشگران در ژورنال PNAS منتشر شده است.

منبع: دیجیاتو