Students atrisina desmitiem gadu senu fizikas mistēriju

FOTO: pixabay.com

Universitātes students nesen atrisinājis mīklu, kas vairāk nekā pus gadsimtu mulsināja fiziķu prātus, proti, kāpēc gāzes burbuļi šaurās vertikālās caurulēs mēdz pa vidu iesprūst.

Atbilde uz šo jautājumu varētu palīdzēt noskaidrot dabas gāžu uzvedību porainos akmeņos.

Pirms daudziem gadiem fiziķi novēroja, ka gāzes burbuļi šaurās caurulēs, kas piepildītas ar šķidrumu, nekustas.

“Tas ir paradokss,” teica mehāniskās inženierijas profesors Džons Kolinskis.

Paradokss tas ir tāpēc, ka gāzes burbuļi ir mazāk blīvi nekā šķidrums, kas tos iekļauj. Tāpēc burbulim būtu jāpaceļas līdz caurules augšai līdzīgi kā burbulīšiem gāzētos dzērienos. Turklāt vienīgā šķidruma plūsmas pretestība rodas, kad šķidrums kustas, tomēr šajā gadījumā tas stāv nekustīgi.

Lai atrisinātu stāvošā burbuļa noslēpumu, Kolinskis kopā ar inženierijas studentu Vasimu Daudi nolēma to pārbaudīt, izmantojot “interferences mikroskopiju”. Tā ir tā pati metode, kas tiek izmantota, lai atklātu gravitācijas viļņus.

FOTO: Wassim Dhaouadi/John M. Kolinski

Šajā gadījumā zinātnieki izmantoja īpašu mikroskopu, kas mēra atstarotās gaismas intensitāti no parauga. Ņemot vērā, ka gaisma atstarojas dažādos veidos – atkarībā no tā, pret ko tā atduras, – zinātnieki var noskaidrot, cik “biezs” ir materiāls. Tādā veidā viņi izpētīja gāzes burbuli caurulē, kas bija pildīta ar izopropanolu jeb izopropilspirts.

Kopš 20. gadsimta 60. gadiem šis fenomens tika pārbaudīts teorētiski, tomēr vēl nekad tas nebija darīts praksē. Daži aprēķini liecināja, ka gāzes burbuļus iekļauj ārkārtīgi plāns šķidruma slānis, kas pieskaras caurules sieniņām. Šis slānis lēmām samazinās, līdz pazūd pavisam. Šis slānis varētu radīt pretestību mirklī, kad gāzes burbulis paceļas augšpusē.

Zinātnieki patiesi novēroja plānu slāni apkārt burbulim un noskaidroja, ka tas ir 1 nanometru biezs un patiešām kavē burbuļa kustību. Tomēr pētnieki arī atklāja, ka šis slānis nepazūd, bet paliek konstanti biezs visu laiku.

Balstoties uz šķidruma slāņa mērījumiem, viņi varēja arī aprēķināt burbuļa kustības ātrumu. Kā izrādījās, tas nemaz nav nekustīgs, bet ārkārtīgi lēni kustas uz priekšu. Atklājās, ka slānis pazūd, ja šķidrumu un gāzes burbuli uzsilda.

Pētījums publicēts zinātniskajā žurnālā “Physical Review Fluids”.

Uz augšu