Forskning afslører et enestående øjeblik:Når en boble går løs

At forstå, hvordan en dråbe eller boble suspenderet i en større væskemasse opdeles i flere stykker, er uvurderlig for ingeniører, der designer kemiske reaktorer, motorer og skibe, såvel som for geovidenskabsmænd, der studerer vekselvirkninger mellem oceaner og atmosfæren. Men den vanskelige matematik, der ligger til grund for fænomenet, har tvunget videnskabsmænd til at stole på idealiserede systemer, der mangler nuancer i den virkelige verden. Nu, forskere ved Princeton University har beskrevet opdelingen af ​​bobler omgivet af turbulente strømme som dem, der findes i industrielle processer eller i naturen.

Ved hjælp af en række højhastighedskameraer, forskere viste, at den omgivende turbulens effektivt fryser under processen, men deformationer i boblen induceret af turbulensen ændrer det tidspunkt, hvor boblen bryder fra hinanden. Dette brudpunkt er kendt af matematikere som en singularitet - et punkt, ud over hvilket en model, der havde beskrevet et system, ikke længere er gyldig.

"Singulariteten er det øjeblik, hvor boblen knækker, " sagde ledende forsker Luc Deike, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik og Princeton Environmental Institute. "I det øjeblik det går i stykker, du er nødt til at ændre den måde, du beskriver det matematisk."

Matematikken, der ligger til grund for klemningen fra en boble til flere bobler, er blevet beskrevet i mange år, men typisk i idealiserede systemer såsom perfekt glatte, afrundede bobler. I deres artikel den 2. december i Proceedings of the National Academy of Sciences , Deike og hans medforskere stod for det turbulente, kaotisk strømning af væsker, der ledsager dannelsen af ​​bobler og præsenterede en tilgang til at modellere realistisk bobleopbrud.