Student riješio misteriju koja zbunjuje fizičare proteklih 500 godina

Odgovor bi mogao pomoći da se objasni ponašanje prirodnih plinova koji su zarobljeni u poroznim stijenama.


Foto: Envato
Foto: Envato

Prije mnogo godina, fizičari su primijetili da se mjehurići plina u dovoljno uskoj cijevi ispunjenoj tekućinom ne pomiču. –

Ali to je “neka vrsta paradoksa”, rekao je stariji autor John Kolinski, docent na odsjeku za mašinstvo na Švicarskom federalnom institutu za tehnologiju u Lozani (EPFL).

To je zato što je mjehur gasa manje gust od tečnosti koja ga okružuje, pa bi trebalo da se podigne do vrha cijevi (baš kao što će se mjehurići vazduha u čaši gazirane vode podići do vrha). Štaviše, jedini otpor protoku u tečnosti nastaje kada se ta tečnost kreće, ali u ovom slučaju tečnost miruje.

Kako bi riješili slučaj tvrdoglavog balona, ​​Kolinski i Wassim Dhaouadi, koji je u to vrijeme bio student dodiplomskog inženjerstva je radio u Kolinskovoj laboratoriji, a sada završava magistarski studij na ETH u Cirihu, odlučili su ga ispitati metodom koja se zove “interferencijska mikroskopija”.

Ova metoda je ista ona koju koristi detektor gravitacijsko-valne opservatorije laserskog interferometra (LIGO) za pronalaženje gravitacijskih valova, rekao je Kolinski.

Ali u ovom slučaju, istraživači su koristili posebno napravljen mikroskop koji obasjava uzorak i mjeri intenzitet svjetlosti koja se odbija. Budući da se svjetlost različito odbija u zavisnosti od toga u šta udari, mjerenja svjetlosti koja se odbijaju mogu pomoći istraživačima da shvate koliko je materijal “debeo”.

Na ovaj način su ispitali plutajući mjehur zarobljen unutar tanke cijevi napunjene alkoholom zvanim izopropanol. Alkohol im je omogućio “eksperiment samočišćenja”, koji je bio neophodan jer bi rezultati bili pokvareni bilo kakvom kontaminacijom ili prljavštinom.

Počevši od naučnika po imenu Bretherton 1960-ih, istraživači su istraživali ovaj fenomen teoretski, ali nikada ranije nije direktno izmjeren. Neki proračuni sugeriraju da je mjehur okružen izuzetno tankim slojem tekućine koji dodiruje stranice cijevi, a koji se polako smanjuje i na kraju nestaje, rekao je Kolinski. Taj tanki sloj bi stvorio otpor kretanju mjehurića dok pokušava da se podigne.

Istraživači su zaista primijetili ovaj vrlo tanak sloj oko plinskog mjehurića i izmjerili da je debeo oko jedan nanometar. To je ono što gasi kretanje balona kao što je teorijski rad predvidio. Ali takođe su otkrili da sloj tečnosti (koji nastaje jer pritisak u mjehuru gasa gura zidove cijevi) ne nestaje, već ostaje konstantne debljine sve vrijeme.

 – Na osnovu svojih mjerenja tankog sloja fluida, također su mogli izračunati njegovu brzinu. Otkrili su da plinski mjehur uopće nije zaglavljen, već se kreće “izuzetno sporo”, tempom nevidljivim golim okom, zbog otpora uzrokovanog tankim slojem, rekao je Kolinski.

Međutim, također su otkrili da su zagrijavanjem tekućine i mjehurića uspjeli učiniti da tanki sloj nestane – nova ideja koja bi mogla biti “uzbudljiva” za istraživanje u budućim istraživanjima, dodao je.

Njihovi nalazi mogli bi pomoći u informiranju polja znanosti o Zemlji.

Kad god imate plin koji je zatvoren u poroznom mediju, kao što je prirodni plin u poroznoj stijeni, ili ako pokušavate ići u suprotnom smjeru i uhvatiti ugljični dioksid unutar stijene, tada imate puno plinskih mjehurića koji su u skučenim prostorima, rekao je Kolinski.