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“達芬奇悖論”得到解決 解開了水中上升的氣泡運動軌跡不穩定的秘密
桑間濮上網2025-12-10 05:56:49【綜合】0人已圍觀
簡介“達芬奇悖論”得到解決 解開了水中上升的氣泡運動軌跡不穩定的秘密(CREDIT:Universidad de Sevilla)神秘的地球uux.cn）據EurekAlert!：塞維利亞大學的Migue
“達芬奇悖論”得到解決 解開了水中上升的氣泡運動軌跡不穩定的秘密(CREDIT:Universidad de Sevilla)
（神秘的地球uux.cn）據EurekAlert!：塞維利亞大學的Miguel Ángel Herrada教授與布里斯托爾大學的Jens G. Eggers教授找到了解釋氣泡在水中上升時進行不規則運動的機制。他們指出，奇悖氣泡這對理解表現介于固體和氣體之間的決解顆粒的運動非常有幫助。這項研究成果已發表在著名的開水《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
早在5個世紀前，中上萊昂納多·達·芬奇就觀察到，運動如果氣泡足夠大，軌跡就會周期性地偏離直線軌跡，不穩在直線方向上以Z字形或螺旋形的秘密軌跡前進。然而，達芬到解定他并沒有對這一現象做出量化的奇悖氣泡表述，也沒有提出能夠解釋這一周期性運動的決解物理機制。
而新研究的開水作者開發了一種數值離散化技術，可以精準確定氣泡的中上氣/水交界面特征，從而模擬其運動，運動研究其穩定性。模擬結果與氣泡不穩定運動的高精度測量結果一致，表明如果其球面半徑超過0.926毫米，氣泡就會在水中偏離直線軌跡，這一結果與上世紀90年代在超純水中進行實驗所得到的結果相差不超過2%。
研究人員提出了一種機制來解釋氣泡運動軌跡的不穩定性，他們認為周期性的傾斜改變了曲率，由此影響了氣泡的上升速度，造成氣泡的運動軌跡搖擺，且氣泡曲率上升的那一側向上傾斜。接下來，隨著液體流速變快，高曲率表面周圍的流體壓力下降，這種壓力的不平衡讓氣泡回到原來的位置，開始下一個循環。
相關：達芬奇關于氣泡破裂周期運動的悖論
（神秘的地球uux.cn）據美國物理學家組織網（塞維利亞大學）：塞維利亞大學的Miguel Ángel Herrada教授和布里斯托大學的Jens G. Eggers教授發現了一種解釋氣泡在水中上升的不穩定運動的機制。根據研究人員的說法，發表在PNAS雜志上的結果可能有助于了解行為介于固體和氣體之間的粒子的運動。
列奧納多·達·芬奇（Leonardo da Vinci）在五個世紀前就觀察到，氣泡如果足夠大，會周期性地偏離直線運動的鋸齒形或螺旋形。然而，從未發現對這種現象或物理機制的定量描述來解釋這種周期性運動。
這篇新論文的作者開發了一種數值離散化技術來精確表征氣泡的空氣 - 水界面，使他們能夠模擬其運動并探索其穩定性。他們的模擬與非定常氣泡運動的高精度測量非常匹配，并表明當氣泡的球面半徑超過0.926毫米時，氣泡在水中偏離直線軌跡，這一結果在90年代使用超純水獲得的實驗值的2%以內。
研究人員提出了一種氣泡軌跡不穩定的機制，即氣泡的周期性傾斜會改變其曲率，從而影響向上的速度并導致氣泡軌跡的擺動，向上傾斜曲率增加的氣泡的一側。
然后，隨著流體移動得更快并且流體壓力在高曲率表面周圍下降，壓力不平衡將氣泡返回到其原始位置，重新啟動周期性循環。
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