来自洛桑联邦理工学院的一名本科生,解开了一个困扰科学家100年的疑团。他发现了为什么在狭隘的笔直管中,气泡好像逗留在那里而不是向上上升。依据他的研讨和调查,气泡周围形成了一层超薄的液体薄膜,阻挠它自在上升。他发现,事实上,气泡底子没有卡住——它们仅仅移动得十分、十分慢。一杯水中的气泡自在地漂浮在水面上,其背面的机制很简单被科学基本规律所解说。
可是,相同的科学规律不能解说:为什么几毫米厚管子里的气泡不会以相同的办法上升。物理学家在近一个世纪(100年)前初次调查到这种现象,但无法提出解说——理论上,除非流体在运动,不然气泡应该不会遇到任何阻力;因而,卡住的气泡应该不会遇到任何阻力。早在20世纪60年代,一位名叫布雷瑟顿(Bretherton)的科学家,依据气泡的形状开发了一个公式来解说这种现象。
从那以后,其他研讨人员假定气泡不会上升,由于在气泡和管壁之间形成了一层薄薄的液体。可是这些理论并不能彻底解说为什么泡沫不会上升。作为洛桑联邦理工学院工程学院软界面工程力学试验室(EMSI)的学士学生,Wassim Dhaouadi不只可以调查液体薄膜,而且可以丈量并描绘其性质,这是曾经从未做过的作业。他的发现标明,气泡并没有像科学家之前以为的那样被卡住,而是实际上向上移动的速度十分慢。
Dhaouadi的研讨现在宣布在《Physical Review Fluid》期刊上,这标志着第一次供给试验依据来查验前期理论。Dhaouadi和工程学院软界面工程力学试验室负责人John Kolinski运用光学干与办法丈量了薄膜,发现它只要几十纳米(1x10^-9米)厚。该办法包含将光引导到窄管内的气泡上,并剖析反射光的强度。使用管子内壁和气泡外表反射光的干与,精确地丈量了薄膜厚度。Dhaouadi还发现,假如将热量施加到气泡上,薄膜会改变形状。
一旦热量被移除,薄膜就会康复到本来的形状,这个发现推翻了最新理论,即薄膜会丢失到零厚度。这些丈量还标明,气泡实际上在移动,虽然速度太慢,肉眼看不见。由于气泡和管子之间的薄膜很薄,它产生了强壮的活动阻力,大大减缓了气泡的上升速度。这些发现与基础研讨有关,但可用于在纳米尺度上研讨流体力学,特别是生物体系的流体力学,Dhaouadi在取得学士学位期间作为暑期研讨助理参加试验室。
Dhaouadi前进很快,而且自愿地持续作业。绝大多数都是出于对研讨的爱好参加了这项研讨,并终究宣布了一篇来自他的论文,处理了一个世纪以来的难题。现在正在苏黎世联邦理工学院完结硕士学位的Dhaouadi表明:我很快乐在课程的前期就展开了一个研讨项目,这是一种新的考虑和学习办法,与你知道有处理方案的家庭作业大不相同,虽然或许很难找到处理方案。一开始,乃至不知道这样的一个问题是否会有处理方案。
博科园|研讨/来自:洛桑联邦理工学院
参阅期刊《Physical Review Fluids》
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