Một bí ẩn về vật lý chất lỏng từ hơn 500 năm trước do Leonardo da Vinci đặt ra mới đây đã được làm sáng tỏ. Theo đó, trong khi đang quan sát các bong bóng khí nổi trên mặt nước, Leonardo da Vinci nhận thấy rằng một số bong bóng có chuyển động theo hình xoắn ốc hoặc ngoằn nghèo thay vì đi thẳng lên bề mặt nước. Được gọi là "nghịch lý Leonardo, không ai có thể đưa ra lý giải thoả đáng cho hiện tượng này trong suốt nhiều thế kỷ sau đó.
Phải đến mới đây, 2 nhà khoa học gồm giáo sư Miguel Herrada và Jens Eggers, các nhà nghiên cứu vật lý chất lỏng tại Đại học Seville và Đại học Seville mới tìm ra câu trả lời chính xác bằng cách phát triển ra các mô phỏng phù hợp với các phép đo có độ chính xác cao. Kết quả cho thấy các bong bóng có thể đạt đến một bán kính ngưỡng. Do khả năng thay đổi hình dạng và tác động từ dòng nước xung quanh, bong bóng khí sẽ bị đẩy vào các chuyển động mới không ổn định.
“Chuyển động của bong bóng trong nước đóng vai trò quan trọng để con người giải thích nhiều hiện tượng trong tự nhiên, từ công nghiệp hoá chất đến môi trường. Mặc dù sự tiến bộ của con người trong công nghệ tính toán, vẫn rất khó để nghiên cứu phương trình thuỷ động lực học khi một bong bóng biến dạng trong nước. Điều này là đặc biệt đúng đối với lý thuyết của Leonardo da Vinci, ông cho rằng khi các bong bóng khí đủ lớn, chúng có thể thực hiện các chuyển động tuần hoàn thay vì theo một đường thẳng."
Phải đến mới đây, 2 nhà khoa học gồm giáo sư Miguel Herrada và Jens Eggers, các nhà nghiên cứu vật lý chất lỏng tại Đại học Seville và Đại học Seville mới tìm ra câu trả lời chính xác bằng cách phát triển ra các mô phỏng phù hợp với các phép đo có độ chính xác cao. Kết quả cho thấy các bong bóng có thể đạt đến một bán kính ngưỡng. Do khả năng thay đổi hình dạng và tác động từ dòng nước xung quanh, bong bóng khí sẽ bị đẩy vào các chuyển động mới không ổn định.
“Chuyển động của bong bóng trong nước đóng vai trò quan trọng để con người giải thích nhiều hiện tượng trong tự nhiên, từ công nghiệp hoá chất đến môi trường. Mặc dù sự tiến bộ của con người trong công nghệ tính toán, vẫn rất khó để nghiên cứu phương trình thuỷ động lực học khi một bong bóng biến dạng trong nước. Điều này là đặc biệt đúng đối với lý thuyết của Leonardo da Vinci, ông cho rằng khi các bong bóng khí đủ lớn, chúng có thể thực hiện các chuyển động tuần hoàn thay vì theo một đường thẳng."
Bong bóng khí nổi lên trong nước chịu ảnh hưởng của rất nhiều lực, chẳng hạn như mực độ vật chất trong nước, lực ma sát bề mặt và nhiều tạp chất xung quanh khác, gây ra sự thay đổi hình dạng của bong bóng dẫn đến thay đổi động lực học của dòng nước trong môi trường.
Điều mà Leonardo da Vinci đã lưu ý từ 5 thế kỷ trước là các bong bóng khí có bán kính hình cầu nhỏ hơn milimet có xu hướng đi lên bề mặt theo đường thẳng, trong khi các bong bóng lớn hơn tạo ra sự lắc lư dẫn đến chuyển động theo hình xoắn ốc hoặc một quỹ đạo nào khác đường thẳng thông thường.
Cả 2 nhà khoa học đã sử dụng phương trình Navier-Stokes để mô tả chuyển động của chất lỏng nhớt (viscous fluid) và khí, mô phỏng ra sự tương tác phức tạp giữa bọt khí với môi trường nước. Từ đó, họ đã có thể xác định chính xác bán kính hình cầu dẫn đến sự thay độ độ cong của bọt khí, làm tăng vận tốc của nước xung quanh bề mặt bong bóng, gây ra các chuyển động khác. Bán kính ngưỡng đó là 0,926mm. Bong bóng sau đó sẽ quay trở lại vị trí ban đầu do sự mất cân bằng áp suất được tạo ra bởi các biến dạng và lặp lại quá trình theo chu kỳ nhất định.
Theo Vice
