La paradoja de Leonardo da Vinci resuelta
Dos investigadores de la Universidad de Sevilla y la Universidad de Bristol resuelven esta incógnita sobre la inestabilidad de la trayectoria de una burbuja de aire que asciende en el agua
El profesor de la Universidad de Sevilla Miguel Ángel Herrada, en colaboración con Jens G. Eggers, profesor de la Universidad de Bristol, ha descubierto un mecanismo que explica el movimiento inestable de las burbujas que se elevan en el agua. Según los investigadores, los resultados, publicados en la prestigiosa revista PNAS, pueden ser útiles para comprender el movimiento de partículas cuyo comportamiento es intermedio entre un sólido y un gas.
Leonardo da Vinci observó ya hace cinco siglos que las burbujas de aire, si son suficientemente grandes, se desvían periódicamente, en zigzag o en espiral, del movimiento en línea recta. Sin embargo, aún no se había encontrado una descripción cuantitativa del fenómeno ni un mecanismo físico que explicara este movimiento periódico.
Los autores de este nuevo estudio han desarrollado una técnica de discretización numérica para caracterizar con precisión la interfaz aire-agua de la burbuja, lo que permite simular su movimiento y estudiar su estabilidad. Sus simulaciones concuerdan bien con mediciones de alta precisión del movimiento inestable de las burbujas e indican que éstas se desvían de la trayectoria recta en el agua si su radio esférico supera los 0,926 milímetros, un resultado dentro del 2% de los valores experimentales obtenidos con agua ultrapura en los años noventa.
Los investigadores proponen un mecanismo para la inestabilidad de la trayectoria de la burbuja en el que una inclinación periódica de ésta cambia la curvatura, lo que afecta a la velocidad de ascenso y provoca un bamboleo en la trayectoria de la burbuja, inclinando hacia arriba el lado de la burbuja cuya curvatura ha crecido. A continuación, a medida que el fluido se mueve más deprisa y la presión del fluido desciende alrededor de la superficie de alta curvatura, el desequilibrio de presión devuelve la burbuja a su posición original, reiniciando el ciclo periódico.
Referencia bibliográfica
Path instability of an air bubble rising in water; Miguel A. Herradaa, Jens G. Eggers; PNAS 2023 Vol. 120 Nº 0; DOI: 10.1073/pnas.2216830120
