Un estudiante de licenciatura de EPFL ha resuelto un misterio que ha desconcertado a los científicos durante 100 años. Descubrió por qué las burbujas de gas en tubos verticales estrechos parecen quedarse atascadas en lugar de elevarse hacia arriba. Según su investigación y observaciones, se forma una película ultrafina de líquido alrededor de la burbuja, impidiendo que se eleve libremente. Y encontró eso, De hecho, las burbujas no están atascadas en absoluto, solo se mueven muy, muy lentamente.

Las burbujas de aire en un vaso de agua flotan libremente hasta la superficie, y los mecanismos detrás de esto se explican fácilmente por las leyes básicas de la ciencia. Sin embargo, las mismas leyes de la ciencia no pueden explicar por qué las burbujas de aire en un tubo de unos pocos milímetros de espesor no se elevan de la misma manera.

Los físicos observaron por primera vez este fenómeno hace casi un siglo, pero no se le ocurrió una explicación; en teoría, las burbujas no deben encontrar resistencia a menos que el fluido esté en movimiento; por tanto, una burbuja atascada no debería encontrar resistencia.

En la década de 1960, un científico llamado Bretherton desarrolló una fórmula basada en la forma de las burbujas para explicar este fenómeno. Desde entonces, otros investigadores han postulado que la burbuja no se eleva debido a una fina película de líquido que se forma entre las burbujas y la pared del tubo. Pero estas teorías no pueden explicar completamente por qué las burbujas no se elevan.

Mientras era estudiante de licenciatura en el laboratorio de Ingeniería Mecánica de Interfaces Blandas (EMSI) dentro de la Escuela de Ingeniería de EPFL, Wassim Dhaouadi no solo pudo ver la fina película de líquido, pero también medirlo y describir sus propiedades, algo que nunca antes se había hecho. Sus hallazgos mostraron que las burbujas no estaban atascadas, como los científicos pensaban anteriormente, pero en realidad moviéndose hacia arriba extremadamente lentamente. La investigación de Dhaouadi, que fue publicado recientemente en Fluidos de revisión física , marcó la primera vez que se proporcionó evidencia experimental para probar teorías anteriores.

Jefe de laboratorio de Dhaouadi y EMSI, John Kolinski, utilizó un método de interferencia óptica para medir la película, que encontraron que eran solo unas pocas docenas de nanómetros (1 x 10 ^-9 metros) de espesor. El método consistía en dirigir la luz sobre una burbuja de aire dentro de un tubo estrecho y analizar la intensidad de la luz reflejada. Usando la interferencia de la luz reflejada desde la pared interior del tubo y desde la superficie de la burbuja, midieron con precisión el espesor de la película.

Dhaouadi también descubrió que la película cambia de forma si se aplica calor a la burbuja y vuelve a su forma original una vez que se elimina el calor. "Este descubrimiento refuta las teorías más recientes de que la película se escurriría hasta un espesor cero, "dice John Kolinski.

Estas mediciones también muestran que las burbujas realmente se mueven, aunque demasiado lento para ser visto por el ojo humano. "Debido a que la película entre la burbuja y el tubo es tan delgada, crea una fuerte resistencia a fluir, ralentizando drásticamente el aumento de las burbujas, "según Kolinski.

Estos hallazgos se relacionan con la investigación fundamental, pero podrían usarse para estudiar la mecánica de fluidos a escala nanométrica. especialmente para sistemas biológicos.

Dhaouadi se unió al laboratorio como asistente de investigación de verano durante su licenciatura. Hizo un rápido progreso, y continuó el trabajo por su propia voluntad. "Básicamente participó por su interés en la investigación, y terminó publicando un artículo de su trabajo que pone fin a un rompecabezas de siglos de antigüedad, "dice Kolinski.

"Estaba feliz de llevar a cabo un proyecto de investigación al principio de mi plan de estudios. Es una nueva forma de pensar y aprender y era bastante diferente de un conjunto de tareas en el que sabes que hay una solución, aunque puede ser difícil de encontrar. En primer lugar, No sabíamos si habría siquiera una solución a este problema. "dice Dhaouadi, que ahora está completando una maestría en ETH Zurich. Kolinski agrega:"Wassim hizo un descubrimiento excepcional en nuestro laboratorio. Estábamos felices de tenerlo trabajando con nosotros".