Что за парадокс Леонардо разгадали учёные?
Рассматривая пузырьки воздуха в ёмкости с водой, мы замечаем, что некоторые из них движутся прямо вверх, а другие — по спирали или зигзагом. Это явление обнаружил Леонардо да Винчи ещё более 500 лет назад, но объяснить его удалось только теперь.
С именем знаменитого итальянского художника, инженера и скульптора связано немало наблюдений и явлений, включая несколько парадоксов. Один из них имеет отношение к гидродинамике и описывает странное поведение пузырьков в воде, поднимающихся к поверхности. Леонардо да Винчи заметил: в то время как большинство из них устремляются прямо вверх, некоторые начинают колебаться и отклоняться от прямолинейного движения, выбирая траекторию, близкую к спирали или зигзагу.
Леонардо сделал набросок этого явления — он дошёл до нашего времени в тетради научных записей, известной как Лестерский кодекс. Но никакого количественного описания или объяснения он не привёл. И вот теперь это сделали физики — профессора Мигель Анхель Эррада из Университета Севильи и Йенс Г. Эггерс из Бристольского университета. Их статья опубликована в журнале PNAS.
Авторы разработали метод, который позволяет моделировать движение пузырька воздуха, исследуя его устойчивость. Моделирование показало, что пузырьки отклоняются от прямой траектории, если их радиус превышает 0,926 миллиметра. Иначе говоря, самые мелкие сразу рвутся наверх, а те, что покрупнее, шарахаются из стороны в сторону.
Если разобрать этот механизм более детально, то суть в следующем. Крупный пузырёк становится нестабильным и теряет ровную сферическую форму. На его поверхности появляются изгибы. Там, где изгиб больше, вода обтекает пузырёк быстрее, а значит, её давление становится ниже (вспомним закон Бернулли) — это вынуждает пузырёк смещаться вбок. Но в тот же момент пониженное давление позволяет ему выправить свою форму и вновь «округлиться».
Такая деформация формы происходит снова и снова, что заставляет пузырёк хаотично колебаться. Если же этого не происходит, он всплывает, двигаясь по спирали. По словам учёных, размер пузырей зависит от загрязняющих воду веществ, вязкости жидкости или поверхностного трения.
Авторы исследования подчёркивают, что оно может иметь практическую пользу. Ведь образование пузырьков в жидкости сопровождает некоторые процессы в химической промышленности. Разгадав парадокс Леонардо, они надеются оптимизировать этапы производства всевозможных химических веществ.
