Загадка на 500 години: Изследователи разгадават парадокса на Леонардо да Винчи

Преди пет века Леонардо да Винчи наблюдава въздушни мехурчета, които се отклоняват от правата траектория и се движат зигзагообразно или спираловидно. Причината за това периодично движение обаче остава неизвестна досега.

Изследователи от университетите в Севиля и Бристол разгадаха загадката, свързана с неравномерния път на въздушно мехурче, издигащо се във вода.

Професорите Мигел Анхел Еррада (Miguel Ángel Herrada) от Университета в Севиля и Йенс Г. Егерс (Jens G. Eggers) от Университета в Бристол са открили механизъм, който обяснява хаотичното движение на мехурчетата, издигащи се във водата. Откритията, публикувани в престижното списание Proceedings of the National Academy of Sciences, могат да дадат представа за поведението на частиците, които се намират между твърдо и газообразно състояние.

Преди пет века Леонардо да Винчи е забелязал, че въздушните мехурчета, ако са достатъчно големи, периодично се отклоняват зигзагообразно или спираловидно от праволинейното движение. Въпреки това никога не е било намерено количествено описание на явлението или физически механизъм, който да обясни това периодично движение.

_{Скица на Леонардо, показваща спираловидното движение на издигащ се мехур (от неговия ръкопис, известен като Codex Leicester). Кредит: Universidad de Sevilla}

Авторите на новата статия са разработили техника за числена дискретизация, за да характеризират точно границата въздух-вода на мехура, което им позволява да симулират движението му и да изследват неговата стабилност. Симулациите им съвпадат с високоточните измервания на нестационарното движение на мехурчетата и показват, че мехурчетата се отклоняват от правата траектория във водата, когато сферичният им радиус надхвърли 0,926 милиметра - резултат в рамките на 2% от експерименталните стойности, получени при свръхчиста вода през 90-те години.

Изследователите предлагат механизъм за нестабилността на траекторията на мехурчето, при който периодичното накланяне на мехурчето променя неговата кривина, като по този начин влияе на скоростта нагоре и предизвиква колебание в траекторията на мехурчето, накланяйки нагоре страната на мехурчето, чиято кривина се е увеличила. След това, тъй като флуидът се движи по-бързо и налягането на флуида спада около повърхността с висока кривина, дисбалансът на налягането връща мехурчето в първоначалното му положение, като отново започва периодичният цикъл.

Справка: “Path instability of an air bubble rising in water” by Miguel A. Herrada and Jens G. Eggers, 17 January 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2216830120

Източник: Unsolved for 500 Years: Researchers Crack Leonardo da Vinci’s Paradox, University Of Seville