Hiába, az embereknek a mindenütt jelenlévő képernyők kora előtt több idejük akadt a szemlélődésre – mi sem példázza ezt jobban, mint Leonardo da Vinci, aki 500 éve azt figyelte, hogy a buborékok miként úsznak a felszínre a vízben. Leonardo felfedezett valami igen különöset: a buborékok nem egyformán viselkednek – habár a legtöbb buborék egyenesen a felszín felé tartott, ahogy az megjósolható, akadtak azonban, amelyek különös cikkcakkos útvonalon keveredtek magasabbra.

Azt már da Vinci is észrevette – és ezt azóta több tudós megerősítette –, hogy mindennek a buborék méretéhez van köze: az 1 milliméternél jóval kisebb gömbi sugarú buborékok azok, amelyek egyenesen a felszínre lifteznek, a nagyobbak azonban felveszik ezt a különös, ismétlődő, cikkcakkos mozgást. Mindennek miértjére sokáig nem akadt válasz, annak ellenére sem, hogy ma már brutális számítási kapacitás mellett tudjuk szimulálni a folyadékok dinamikáját – ezt a jelenséget épp ezért el is nevezték Leonardo paradoxonának.

A paradoxon azonban immár kapott magyarázatot is – amint arról a The Motherboard beszámol, amit a kutatók egy tanulmány formájában prezentáltak is. Mindennek persze rengeteg gyakorlati haszna is lehet, mivel a buborékok mozgása a vízben egy csomó természeti jelenséggel összefügg, legyen szó a vegyiparról vagy éppen a környezetvédelemről.

Mivel pedig a buborékok viselkedése ilyen (talán) meglepő mértékben fontos, ezért kísérletileg és elméletileg is sokat tanulmányozták. Mindazonáltal, az eddigi erőfeszítések ellenére, és annak ellenére, hogy óriási számítási teljesítmény áll rendelkezésre, nem sikerült összeegyeztetni a kísérleteket a vízben deformálódó légbuborékok teljes hidrodinamikai egyenleteinek matematikai szimulációjával. Ez különösen igaz tehát Leonardo paradoxonára. Mindez annyiban nem is meglepő, hogy a vízben felszálló buborékokra erők és ellenerők rendkívül komplex rendszere hat: például a folyadék viszkozitása, a felületi súrlódás és a környező szennyeződések – ezek ugyanis mind befolyásolják a buborékok alakját, és ezzel együtt megváltoztatják a buborék körül áramló víz dinamikáját.

A mostani tanulmány során a kutatók a Navier–Stokes egyenleteket használták, amelyek matematikai keretet jelentenek a viszkózus folyadékok mozgásának leírására – és így szimulálták a légbuborékok és vizes közegük közötti összetett kölcsönhatásokat. A csapatnak sikerült pontosan meghatároznia azt a gömbsugarat is, amely az említett szabálytalan mozgást kiváltja – 0,926 milliméter, vagyis körülbelül akkora, mint egy ceruza hegye.

Mindez talán bonyolultan hangzik, de konyhanyelven mindössze annyiról van szó, hogy az említett számnál nagyobb gömbsugárral rendelkező buborék instabilabbá válik a kisebbekhez képest, ami megváltoztatja a felületi görbületét – ez a változás pedig növeli a buborék körül a víz áramlását, és ez indítja be ezt a billegő mozgást. Az alakváltozás azonban nyomáskülönbséget is előidéz, ami miatt a buborék ismét felveszi az eredeti alakját – majd ez az egész folyamat periodikusan megismétlődik, aminek köszönhetően végeredményként a buborék cikkcakkos, szabálytalan útvonalon halad felfelé, mivel tehát a folyamatos alakváltozás folyamatosan befolyásolja a víz körül áramló víz sebességét.

(Kép: Pixabay/MartinStr)