Российские ученые: пузырьки стремятся к биссектрисе или диагонали

Новое явление самоорганизации в физических процессах обнаружили ученые из Института общей физики РАН. Они изучали движение пузырьков водорода при травлении алюминия в слабо-щелочном растворе. Оказалось, что движущиеся пузырьки организуются в относительно устойчивые структуры, геометрия которых определяется геометрией пластины.

Поток жидкости в гравитационном поле обладает рядом нестабильностей, которые иногда приводят к формированию самоорганизующихся структур (наиболее известным примером являются ячейки Бернара).

Российские ученые обнаружили явление самоорганизации в новом классе процессов, происходящих с выделением пузырьков газа. Их статья должна выйти Physical Review Letters, а ее препринт уже доступен на arXiv.org.

В зависимости от формы пластины, которая подвергалась травлению, распределение пузырьков было различным. В случае квадратной пластины они концентрировались на диагоналях, в случае треугольной - на биссектрисах. Когда же пластина была в форме винта, то пузырьки начали медленно вращаться.

Как пишут авторы, наблюдавшееся образование диссипативной структуры (системы, находящейся вдалеке от термодинамического равновесия) происходило за счет положительной обратной связи между движением пузырьков и потоком жидкости вокруг них. А необходимую для этого энергию поставлял сам химический процесс.

Суть процесса такова. Каждый поднимающийся пузырек газа вовлекает окружающую жидкость в движение. Чем больше плотность пузырьков, тем большую скорость приобретает в этой области жидкость. Согласно уравнению Бернулли, более высокая скорость соответствует более низкому давлению. Разность давлений приводит к постепенному дрейфу пузырьков в область пониженного давления, что приводит к увеличению плотности пузырьков, что вызывает увеличение скорости движения жидкости - круг замкнулся.

Простым наблюдением ученые не ограничились и построили математическую модель явления.

Читайте на CNews
Люди против бактерий: медики проигрывают
Россия: SAP будет сдавать ERP-систему в аренду
"Ростелеком" запускает собственное облако