500 yıldan uzun bir süre önce Leonardo da Vinci, Rönesans dönemi bilgelerine yakışır bir şekilde, suda yüzen hava kabarcıklarını dikkatle izliyordu. Bu sırada, bazı kabarcıkların yüzeye düz bir şekilde çıkmak yerine açıklanamaz bir şekilde döndüp durduğunu veya zikzak çizdiğini fark etti. "Leonardo Paradoksu" olarak bilinen bu duruma yüzyıllar boyunca kimse mantıklı bir açıklama getiremedi.
Salı günü Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlanan bir çalışmaya göre, etkinin yüksek hassasiyetli ölçümlerine uyan yeni simülasyonlar geliştiren iki bilim insanı, uzun süredir devam eden bilmeceyi nihayet çözdü.
Araştırmaya göre, kabarcıkların etrafındaki su akışı ile şeklindeki ince deformasyonlar arasında bir etkileşim gerçekleşiyor. Bu da bazı kabarcıkları yeni ve kararsız yollara iten kritik bir dairesel hareket alanına sokuyor.
DOĞAL OLAYLAR İÇİN MERKEZİ BİR ROL OYNUYOR
Sırasıyla, Sevilla Üniversitesi ve Bristol Üniversitesi'nde akışkan fiziği araştırmacıları olan yazarlar Miguel Herrada ve Jens Eggers, çalışmada "Su içindeki kabarcıkların hareketi, kimya endüstrisinden çevreye kadar çok çeşitli doğal olaylar için merkezi bir rol oynuyor" diye açıkladı. "Tek bir kabarcığın kaldırma kuvvetiyle yükselmesi hem deneysel hem de teorik olarak çok çalışılmış bir model görevi görüyor."
Ekip sözlerine şöyle devam etti: "Yine de tüm bu çabalara ve muazzam hesaplama gücüne rağmen, suda deforme olabilen bir hava kabarcığı için tam hidrodinamik denklemlerin sayısal modelleri ile deneyleri uzlaştırmak mümkün olmadı. Bu durum özellikle Leonardo da Vinci tarafından yapılan ilgi çekici gözlem için geçerli."
Aslında, kabarcıklar günlük hayatımızda o kadar yaygın ki, dinamik olarak karmaşık ve deneysel olarak incelenmesi zor olduklarını unutabiliyoruz. Suda yükselen hava kabarcıkları; akışkanlık, yüzey sürtünmesi ve çevredeki kirleticiler gibi kabarcığın şeklini bozan ve etrafındaki suyun dinamiğini değiştiren bir dizi kuvvetten etkileniyor.
Küresel yarıçapı bir milimetreden küçük olan hava kabarcıkları suda yukarı doğru düz bir yol izleme eğiliminde olurken, yarıçapı daha büyük kabarcıklar ise periyodik olarak sarmal veya zikzak yörüngeler geliştiriyor. Da Vinci bu gerçeğe parmak basmış ve birçok bilim insanı da o zamandan beri bunu doğrulamıştı.
BAŞKA SORULARA DA IŞIK TUTUYOR
Herrada ve Eggers, hava kabarcıkları ile sulu ortamları arasındaki karmaşık etkileşimi canlandırmak için akışmaz sıvıların hareketini tanımlayan matematiksel bir yaklaşım olan Navier-Stokes denklemlerini kullandı. Ekip, bu eğimi tetikleyen küresel yarıçapı (0,926 milimetre, yani yaklaşık bir kalem ucu büyüklüğünde) belirledi ve böylelikle yalpalama hareketinin arkasındaki olası mekanizmayı tanımladı.
Kritik yarıçapı aşan bir kabarcık daha kararsız hale geliyor ve kabarcığın kavisini değiştiren bir eğim oluşuyor. Kavis değişimi, kabarcığın yüzeyi etrafındaki suyun hızını artırıyor ve bu da yalpalama hareketini başlatıyor. Kabarcık daha sonra kavisli şeklin yarattığı basınç dengesizliği sebebi ile orijinal konumuna geri dönüyor ve bu süreci düzenli bir döngüde tekrar ediyor.
Bu yeni çalışma, 500 yıllık bir paradoksu çözmenin yanı sıra, baloncukların ve kolay sınıflandırmaya uymayan diğer nesnelerin değişken davranışlarıyla ilgili bir dizi başka soruya da ışık tutuyor.
Herrada ve Eggers, "Daha önce kabarcığı taşıyan suyun kararsız hale geldiğine inanılırken, şimdi akış ve kabarcık deformasyonu arasındaki etkileşime dayanan yeni bir mekanizma kanıtladık" dedi. "Bu mekanizma, çoğu ortamda mevcut olan ve katı ile gaz arasında bir parçacığı etkileyen küçük bozulmaların da incelenmesine kapı açıyor."
