Een EPFL-bachelorstudent heeft een mysterie opgelost dat wetenschappers al 100 jaar bezighoudt. Hij ontdekte waarom gasbellen in smalle verticale buizen lijken te blijven hangen in plaats van omhoog te stijgen. Volgens zijn onderzoek en observaties, een ultradunne film van vloeistof vormt zich rond de bel, waardoor het niet vrij kan stijgen. En dat vond hij, in feite, de bubbels zitten helemaal niet vast - ze bewegen gewoon heel, erg traag.

Luchtbellen in een glas water drijven vrij naar de oppervlakte, en de mechanismen hierachter zijn gemakkelijk te verklaren door de basiswetten van de wetenschap. Echter, dezelfde wetenschappelijke wetten kunnen niet verklaren waarom luchtbellen in een buis van enkele millimeters dik niet op dezelfde manier opstijgen.

Natuurkundigen hebben dit fenomeen bijna een eeuw geleden voor het eerst waargenomen, maar kon geen verklaring bedenken - in theorie, de bubbels mogen geen weerstand ondervinden tenzij de vloeistof in beweging is; dus een vastzittende bel mag geen weerstand ondervinden.

Terug in de jaren 60, een wetenschapper genaamd Bretherton ontwikkelde een formule op basis van de vorm van de bubbels om dit fenomeen te verklaren. Andere onderzoekers hebben sindsdien gepostuleerd dat de bel niet opstijgt door een dunne film van vloeistof die zich vormt tussen de bellen en de buiswand. Maar deze theorieën kunnen niet volledig verklaren waarom de bellen niet naar boven stijgen.

Terwijl een bachelorstudent aan het Engineering Mechanics of Soft Interfaces-laboratorium (EMSI) binnen EPFL's School of Engineering, Wassim Dhaouadi kon niet alleen de dunne film van vloeistof zien, maar meet het ook en beschrijf de eigenschappen ervan - iets dat nog nooit eerder was gedaan. Zijn bevindingen toonden aan dat de bubbels niet vastzaten, zoals wetenschappers eerder dachten, maar eigenlijk heel langzaam omhoog. Dhaouadi's onderzoek, die onlangs werd gepubliceerd in Fysieke beoordeling Vloeistoffen , was de eerste keer dat experimenteel bewijs werd geleverd om eerdere theorieën te testen.

Dhaouadi en EMSI lab hoofd, John Kolinski, een optische interferentiemethode gebruikt om de film te meten, waarvan ze vonden dat het slechts enkele tientallen nanometers was (1 x 10 ^-9 meter) dik. De methode omvatte het richten van licht op een luchtbel in een smalle buis en het analyseren van de gereflecteerde lichtintensiteit. Gebruikmakend van de interferentie van het licht dat wordt gereflecteerd door de binnenwand van de buis en van het oppervlak van de bel, ze hebben precies de dikte van de film gemeten.

Dhaouadi ontdekte ook dat de film van vorm verandert als er warmte op de bel wordt toegepast en terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm zodra de warmte is verwijderd. "Deze ontdekking weerlegt de meest recente theorieën dat de film zou leeglopen tot een dikte van nul, ", zegt John Kolinski.

Deze metingen laten ook zien dat de bellen daadwerkelijk bewegen, zij het te langzaam om door het menselijk oog te worden gezien. "Omdat de film tussen de bel en de buis zo dun is, het creëert een sterke weerstand tegen stroming, de opkomst van de bubbels drastisch vertragen, " volgens Kolinski.

Deze bevindingen hebben betrekking op fundamenteel onderzoek, maar kunnen worden gebruikt om vloeistofmechanica op nanometrische schaal te bestuderen, vooral voor biologische systemen.

Dhaouadi kwam tijdens zijn bachelor bij het lab als zomeronderzoeksassistent. Hij maakte snelle vorderingen, en zette het werk uit eigen beweging voort. "Hij deed in wezen mee uit zijn interesse in het onderzoek, en eindigde met het publiceren van een paper van zijn werk dat een eeuwenoude puzzel tot rust brengt, ', zegt Kolinski.

"Ik was blij om al vroeg in mijn curriculum een ​​onderzoeksproject uit te voeren. Het is een nieuwe manier van denken en leren en was heel anders dan een huiswerkset waarvan je weet dat er een oplossing is, hoewel het misschien moeilijk te vinden is. Aanvankelijk, We wisten niet of er zelfs een oplossing voor dit probleem zou zijn., " zegt Dhaouadi, die nu een masteropleiding aan de ETH Zürich afrondt. Kolinski voegt toe:"Wassim deed een uitzonderlijke ontdekking in ons lab. We waren blij dat hij met ons samenwerkte."