Американские физики построили детальную модель всплытия пузырька с воздухом в дистиллированной воде. Они показали, что, начиная с некоторого размера, пузыри оказываются способны поддерживать нестабильные колебания. Эти колебания объясняют сложную — спиральную или зигзагообразную — траекторию всплытия, наблюдаемую в повседневном опыте. Расчеты ученых оказались в очень хорошем согласии с экспериментами, проделанными предыдущими группами.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Пузырьки воздуха или иного газа могут сильно поменять физико-химические свойства жидкости: пузыри могут менять вкус шампанского, чистить поверхности и усиливать акустические манипуляции. Практическое применение пузырей требует хорошего физического понимания их поведения, но с этим не все так просто.

Например, банальное всплытие пузыря с воздухом таит в себе много непонятного. Еще да Винчи заметил, что, когда его размер превышает некоторое критическое значение, траектория всплытия перестает быть прямой и становится зигзагообразной или спиральной. Сегодня физики понимают, что этот эффект обусловлен сложными гидродинамическими процессами на границе воздух-жидкость, а также деформацией пузыря в ответ на силы сопротивления. Несмотря на это, удовлетворительное согласие моделей и экспериментов до сих пор отсутствует.

Разрешить эту проблему взялись Мигель Эррада (Miguel Herrada) и Дженс Эггерс (Jens Eggers) из Калифорнийского университета в Беркли. Им удалось построить численную модель всплытия пузырька, подверженного воздействию возмущения. Результаты расчетов оказались в согласии с экспериментами, проведенными предыдущими исследователями.