حل یک معمای ۵۰۰ ساله که داوینچی را گیج کرده بود

دو دانشمند موفق شدند با استفاده از تکنیک گسسته‌سازی عددی، تناقض ۵۰۰ ساله حباب لئوناردو داوینچی را حل کنند.

لئوناردو داوینچی، دانشمند مشهور ایتالیایی در عصر رنسانس، روزی روی سطح آب شناور بود و مشاهده کرد که حباب‌ها به جای بالا آمدن به صورت مستقیم، به صورت مارپیچی و زیگزاگی به سمت سطح آب می‌آیند. این مسئله وی را به تعجب و تفکر واداشت.

این معما ۵۰۰ سال حل‌نشده باقی ماند، تا اینکه پروفسور میگوئل آنخل هرادا (Miguel Ángel Herrada) از دانشگاه سویل (Seville) و ینس جی. ایگرز (Jens G. Eggers) از دانشگاه بریستول (Bristol) موفق شدند روشی برای توضیح حرکت نامنظم حباب‌هایی که در آب بالا می‌روند، پیدا کنند.

این دو محقق ادعا می‌کنند مطالعه جدیدشان می‌تواند در درک تحرک ذرات که رفتارشان بین جامد و گاز به صورت انتقالی است، مفید باشد.

به گفته این دو نفر، رابطه هوا و آب در حباب با استفاده از تکنیک گسسته‌سازی عددی مشخص شده است که به آن‌ها اجازه داده حرکت حباب را شبیه‌سازی کنند و پایداری آن را بررسی کنند.

گسسته‌سازی در ریاضیات، روند انتقال توابع پیوسته، مدل‌ها، متغیرها و معادلات، جایگزین‌هایی در ریاضیات گسسته است. این فرآیند معمولاً اولین گام در راستای مناسب‌سازی آن‌ها برای ارزیابی عددی و پیاده‌سازی بر روی رایانه‌های دیجیتال است.

این پژوهشگران در نهایت نشان دادند که حباب‌ها زمانی که شعاع کرویشان از ۰.۹۲۶ میلی‌متر تجاوز می‌کند، از مسیر مستقیم بالا آمدن در آب خارج می‌شوند.

آنها سازوکاری را در مورد ناپایداری مسیر حباب پیشنهاد کرده‌اند که در آن کج شدن دوره‌ای حباب، انحنای آن را تغییر می‌دهد و بر سرعت رو به بالای آن تأثیر می‌گذارد و در نتیجه، حباب در مسیر حرکت خود تاب می‌خورد و سمت قسمتی که انحنای آن افزایش یافته است، کج می‌شود.

در ادامه عدم تعادل فشار باعث می‌شود که حباب به موقعیت اولیه خود بازگردد و این چرخه دوره‌ای را ادامه دهد، زیرا سیال سریع‌تر حرکت می‌کند و فشار سیال در نزدیکی سطح با انحنای زیاد کاهش می‌یابد.

به گفته این دو دانشمند، این مسئله به‌ویژه در مورد مشاهدات جالبی که قبلا لئوناردو داوینچی انجام داده بود، صادق است که حباب‌های هوای به اندازه کافی بزرگ به جای بالا رفتن در امتداد یک خط مستقیم، یک حرکت تناوبی انجام می‌دهند.

این مطالعه در مجله PNAS منتشر شده است.