塞維利亞大學(xué)的Miguel ángel Herrada教授和布里斯托爾大學(xué)的Jens G. Eggers教授發(fā)現(xiàn)了一種機制，解釋了在水中上升的氣泡的不穩(wěn)定運動。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在著名的《美國國家科學(xué)院院刊》上，可以為介于固態(tài)和氣態(tài)之間的粒子的行為提供啟示。

五個世紀前，達芬奇觀察到氣泡以"之"字形或螺旋形運動的方式偏離直線路徑。然而，直到現(xiàn)在，這種周期性運動的原因仍然是未知的。

達芬奇在五個世紀前觀察到，氣泡如果足夠大，會周期性地偏離直線運動的人字形或螺旋形。然而，從來沒有發(fā)現(xiàn)對這一現(xiàn)象的定量描述或解釋這一周期性運動的物理機制。

萊昂納多的草圖顯示了一個上升的氣泡的螺旋運動（來自他的手稿，稱為萊斯特法典）。資料來源：塞維利亞大學(xué)

這篇新論文的作者開發(fā)了一種數(shù)值離散化技術(shù)，以精確描述氣泡的空氣-水界面，這使他們能夠模擬其運動并探索其穩(wěn)定性。他們的模擬結(jié)果與非穩(wěn)態(tài)氣泡運動的高精度測量結(jié)果密切相關(guān)，并顯示當(dāng)氣泡的球面半徑超過0.926毫米時，氣泡在水中會偏離直線軌跡，這一結(jié)果與90年代用超純水獲得的實驗值相差不到2%。

研究人員提出了一種氣泡軌跡不穩(wěn)定的機制，即氣泡的周期性傾斜會改變其曲率，從而影響上升速度并導(dǎo)致氣泡軌跡的搖擺，使曲率增加的那一側(cè)氣泡向上傾斜。然后，隨著流體運動速度的加快，高曲率表面周圍的流體壓力下降，壓力的不平衡使氣泡回到原來的位置，重新開始周期性循環(huán)。