Nedavno je student sveučilišta riješio pitanje koje fizike zbuni već više od pola stoljeća: Zašto se pojavljuju mjehurići plina da se zaglave u uskim okomitim cijevima? Odgovor može pomoći objasniti ponašanje prirodnih plinova koji su zarobljeni u poroznim stijenama.
Prije mnogo godina, fizičari su primijetili kako se mjehurići plina u dovoljno uskoj cijevi napunjenoj tekućinom ne kreću. Ali to je "vrsta paradoksa", rekao je stariji autor John Kolinski, docent na katedri za strojarstvo Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju u Lausanni (EPFL).
To je zato što je mjehurić plina manje gust od tekućine koja ga okružuje, pa bi se trebao dizati do vrha cijevi (baš kao što će se mjehurići zraka u čaši pjenušave vode uzdići do vrha). Štoviše, jedini otpor protoku u tekućini dolazi kada se ta tekućina kreće, ali u ovom slučaju tekućina miruje.
Da bi riješili slučaj tvrdoglavog mjehurića, Kolinski i Wassim Dhaouadi, koji je u to vrijeme bio preddiplomski student strojarstva koji je radio u Kolinskom laboratoriju, a sada završava magisterij u ETH Zurich, odlučili su ga istražiti metodom koja se naziva „interferencijska mikroskopija. " Ova metoda je ista ona koju koristi detektor gravitacijskog vala Laser Interferometer (LIGO) kako bi pronašao gravitacijske valove, rekao je Kolinski.
No u ovom slučaju, istraživači su upotrijebili mikroskop po mjeri koji svijetli na uzorku i mjeri intenzitet svjetlosti koji se odbija. Budući da svjetlost odbija različito na temelju onoga što pogodi, mjerenja svjetlosti koja se odbijaju mogu pomoći istraživačima da shvate koliko je materijal "debeo". Na taj su način sondirali plutajući mjehurić zarobljen u tankoj cijevi napunjenoj alkoholom zvanim izopropanol. Alkohol im je omogućio "eksperiment samočišćenja", što je bilo potrebno jer bi rezultati bili zabrljani bilo kakvom kontaminacijom ili prljavštinom, rekao je Kolinski.
Počevši od znanstvenika po imenu Bretherton u šezdesetim godinama prošlog vijeka, istraživači su proučili ovaj fenomen teoretski, ali nikada prije nije bilo izravno izmjereno. Neki proračuni sugeriraju da je mjehur okružen izuzetno tankim slojem tekućine koji dodiruje strane cijevi, koji se polako smanjuje u veličini i na kraju nestaje, rekao je Kolinski. Taj tanki sloj stvorio bi otpor prema gibanju mjehurića dok se pokušava podići.
Istraživači su doista promatrali ovaj vrlo tanki sloj oko mjehurića plina i izmjerili su ga da je debljine oko 1 nanometar. To je ono što gasi gibanje mjehurića kao što je teoretski rad predvidio. No otkrili su i da sloj tekućine (koji nastaje zato što se pritisak u mjehurićima plina gura prema zidovima cijevi) ne nestaje, već ostaje konstantan u svim trenucima.
Na temelju svojih mjerenja tankog sloja tekućine, mogli su izračunati i njegovu brzinu. Otkrili su da mjehurić plina uopće nije zaglavljen, već se kreće "neobično sporo", tempom nevidljivim golim okom zbog otpora tankog sloja, rekao je Kolinski. Međutim, otkrili su i da su zagrijavanjem tekućine i mjehurića uspjeli učiniti da tanki sloj nestane - nova ideja koja bi mogla biti „uzbudljiva“ za istraživanje u budućim istraživanjima, dodao je.
Njihova otkrića mogla bi pomoći informiranju polja o znanosti o zemlji. "Kad god imate plin koji je zatvoren u poroznom mediju", poput prirodnog plina u poroznoj stijeni, ili ako pokušavate ići u suprotnom smjeru i zarobiti ugljični dioksid unutar stijene, tada imate puno mjehurića plina koji se nalaze u skučenih prostora, rekao je Kolinski. "Naša su zapažanja relevantna za fiziku kako su ovi mjehurići plina zatvoreni."
Ali drugi dio uzbuđenja jest što ova studija pokazuje "da možete imati ljude u svim fazama njihove karijere dajući vrijedne doprinose", rekao je Kolinski. Dhaouadi je "vodio projekt ka uspješnom ishodu", rekao je Kolinski.
Otkrića su objavljena 2. prosinca u časopisu Physical Review Fluids.
