معمای 500 ساله داوینچی حل شد - بازی های فکری

دانشمندان از تکنیک گسسته سازی عددی برای حل تناقض 500 ساله حباب لئوناردو داوینچی استفاده کردند.

به نقل از آی ای، شاید در خصوص تناقض یا پارادوکس 500 ساله حباب های هوای لئوناردو داوینچی شنیده باشید. او که روزی روی سطح آب شناور بود، مشاهده کرد که حباب ها به جای بالا آمدن به صورت مستقیم، به صورت مارپیچی و زیگزاگی به سمت سطح آب می آیند که وی را به تعجب و تفکر واداشت.

اکنون روشی برای شرح حرکت نامنظم حباب هایی که در آب بالا می روند، به وسیله پروفسور میگوئل آنخل هرادا (Miguel Ángel Herrada) از دانشگاه سویل (Seville) و ینس جی. ایگرز (Jens G. Eggers) از دانشگاه بریستول (Bristol) پیدا شده است. این پژوهشگران ادعا می نمایند که مطالعه تازه آن ها می تواند در درک تحرک ذرات که رفتار آن ها بین جامد و گاز به صورت انتقالی است، مفید باشد.

روش گسسته سازی عددی

همانطور که در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران شرح داده شده، رابطه هوا و آب در حباب با استفاده از تکنیک گسسته سازی عددی معین شده است که به آن ها اجازه داده حرکت حباب را شبیه سازی نمایند و پایداری آن را آنالیز نمایند.

گسسته سازی در ریاضیات، روند انتقال توابع پیوسته، مدل ها، متغیر ها و معادلات، جایگزین هایی در ریاضیات گسسته است. این فرآیند معمولاً به عنوان اولین گام در راستای مناسب سازی آن ها برای ارزیابی عددی و پیاده سازی بر روی رایانه های دیجیتال است.

در نهایت، پژوهشگران نشان دادند که حباب ها زمانی که شعاع کروی آن ها از 0.926 میلی متر تجاوز می نماید، از مسیر مستقیم بالا آمدن در آب خارج می شوند.

پژوهشگران مکانیزمی را در خصوص ناپایداری مسیر حباب پیشنهاد نموده اند که در آن کج شدن دوره ای حباب، انحنای آن را تغییر می دهد و بر سرعت رو به بالای آن تأثیر می گذارد و در نتیجه، حباب در مسیر حرکت خود تاب می خورد و سمت قسمتی که انحنای آن افزایش یافته است، کج می گردد. سپس عدم تعادل فشار باعث می گردد که حباب به موقعیت اولیه خود بازگردد و این چرخه دوره ای را ادامه دهد، زیرا سیال سریع تر حرکت می نماید و فشار سیال در نزدیکی سطح با انحنای زیاد کاهش می یابد.

میگوئل آنخل هرادا و ینس ایگرز که از پژوهشگران فیزیک سیالات هستند، می گویند: حرکت حباب ها در آب برای طیف گسترده ای از پدیده های طبیعی، از صنایع شیمیایی گرفته تا محیط زیست، نقش محوری دارد.

خیزش شناور یک حباب منفرد یک پارادایم بسیار مطالعه شده، هم از نظر تجربی و هم از نظر تئوری است، اما تا به امروز با وجود این کوشش ها و برخلاف در دسترس بودن قدرت محاسباتی بزرگ، امکان تطبیق آزمایش ها با شبیه سازی های عددی معادلات هیدرودینامیکی برای یک حباب هوای تغییر شکل پذیر در آب وجود نداشت.

آن ها افزودند: این امر به ویژه در خصوص مشاهدات جالبی که قبلا به وسیله لئوناردو داوینچی صورت گرفته بود، صادق است که حباب های هوای به میزان کافی بزرگ به جای بالا رفتن در امتداد یک خط مستقیم، یک حرکت تناوبی انجام می دهند.

این مطالعه در مجله PNAS منتشر شده است.

منبع: ایسنا