Student la Fizică, contribuție majoră la rezolvarea unui mister vechi de zeci de ani

08 Dec 2019 | scris de Anita Raicu

De ce bulele de gaz rămân blocate în interiorul tuburilor verticale înguste? Răspunsul la această întrebare, care a frământat mintea fizicienilor timp de zeci de ani, a fost dat de un student, iar soluția pe care a dat-o poate contribui la explicarea comportamentului gazelor blocate în roci poroase, informează Live Science.

Student la Fizică, contribuție majoră la rezolvarea unui mister vechi de zeci de ani

Fizicienii au observat comportamentul atipic al bulele de gaz aflate într-un tub suficient de îngust, umplut cu lichid, care nu se deplasează spre gura reciientului, ci rămân pe loc.

În mod normal, bulele de gaz mai puţin dense decât lichidul din jurul său ar trebui să se ridice spre suprafaţa tubului, la fel cum se întâmplă cu cele dintr-o sticlă de apă minerală. Singura rezistență care s-ar împotrivi acestui proces fizic ar fi ca lichidul să fie în mișcare, dar în cazul studiat fluidul rămâne nemişcat.

Pentru a rezolva problema acestor bule ce par să sfideze legile fizicii, John Kolinski, profesor în cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică al Institutului Tehnologic Federal din Lausanne (EPFL) şi Wassim Dhaouadi, student la inginerie, în prezent masterand la ETH Zurich, au decis să apeleze la microscopia de interferenţă - aceeași metodă care a fost folosită în cazul dispozitivelor LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) pentru detectarea undelor gravitaţionale.

Însă în acest caz, cercetătorii au folosit un microscop construit special, care trimite o rază de lumină spre mostra de substanţă analizată şi măsurându-se ulterior intensitatea luminii reflectate înapoi, lumina fiind reflectată diferit, în funcţie de suprafaţa de care se loveşte. Astfel de măsurători îi pot ajuta pe cercetători să identifice cât de "gros" este un anume material.

Ei au studiat astfel o bulă de gaz blocată în interiorul unui tub subţire umplut cu isopropanol.

Începând din anii '60, oamenii de ştiinţă au determinat acest fenomen din punct de vedere teoretic, dar nu a fost niciodată confirmat prin măsurere directă. 

Unele calcule au sugerat că la producerea fenomenului stă un strat extrem de subţire de lichid care înconjoară bulele și care atinge suprafaţa tubului în care se află, diminuându-se treptat până la dispariție. Un astfel de strat subţire ar genera rezistenţă la mişcarea bulei care încearcă să se ridice.

Cercetătorii au reuşit să observe acest foarte fin strat din jurul bulei de gaz şi i-au măsurat grosimea la aproximativ 1 nanometru. Acest strat împiedică mişcarea bulei, aşa cum explica teoria. Ei au aflat însă şi că stratul de lichid (care se formează din cauza presiunii cu care bula de gaz apasă asupra pereţilor tubului) nu dispare, ci se menţine la o grosime constantă tot timpul.

Pornind de la măsurătorile acestui strat subţire de lichid, ei au putut să-i calculeze velocitatea. Ei au descoperit că de fapt bula de gaz nu este deloc blocată ci se mişcă extraordinar de încet, într-un ritm invizibil cu ochiul liber, din cauza rezistenţei opuse de stratul subţire de lichid ce o înconjoară. Ei au descoperit că prin încălzirea lichidului şi a bulei, acest strat fin de lichid din jurul bulei dispare - o descoperire care va fi explorată şi în studii viitoare, având aplicabilitate în domenii precum cel al exploatării gazelor naturale.

Cealaltă concluzie importantă a acestei descoperiri , conform profesorului Kolinski este că "poţi avea persoane la orice nivel al carierei care să aducă contribuţii importante domeniului pe care-l studiază. - studentul Wassim Dhaouadi a împins acest proiect înainte, spre succes".

Rezultatele obţinute de cei doi cercetători au fost publicate în numărul din 2 decembrie al revistei Physical Review Fluids.


CLICK - Follow us on Google News