Известно, что пузырьки воздуха в воде движутся вверх. Это явление можно наблюдать, например, в стакане газированной / негазированной воды. Однако в некоторых ситуациях пузырьки начинают не всплывать, а «тонуть». Такую задачу про «тонущие пузыри» Екатерина Замараева встретила на Турнире юных физиков и заинтересовалась этим явлением.
— Движение воздушных пузырей в жидкости является актуальной темой в области гидродинамики. Такое явление, как, например, кавитация — процесс схлопывания воздушного пузыря, вызывает гидравлический удар. А это уже может привести к разрушению винтов и других деталей судна, — говорит Екатерина Замараева.
В своей работе Екатерина рассмотрела динамику движения воздушных пузырей в вибрирующей вертикально жидкости. Главной целью исследования стало объяснение поведения пузырей, построение теоретической модели явления и ее экспериментальная проверка. Научные руководители проекта — доцент СУНЦ НГУ, к. ф.-м. н. Юрий Башкатов и старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, к. ф.-м. н. Павел Кроковный.
Пузырь во время колебания в жидкости за счет изменения внутреннего давления то уменьшается, то увеличивается в размере, поэтому меняется и погружающая сила. Опускаться вниз пузырь будет в том случае, если выталкивающая сила, действующая на него при осреднении за период колебания, направлена вниз. С учетом этих факторов была построена теоретическая модель явления. Численные расчеты по модели позволили предсказать динамику движения пузырей.
Затем Екатерина проверила свою теорию на практике. Все эксперименты проводились в физической лаборатории СУНЦ НГУ. Экспериментальная установка состояла из волнового генератора «Pasco», с помощью которого создавались частоты герметично закрытого сосуда с жидкостью, чтобы при колебаниях не выливалось содержимое, делались замеры с замедленной съемкой. В самом начале работы достаточно много времени, по словам Екатерины, ушло на поиск частоты и амплитуды генератора, при которых в сосуде мы видим опускание воздушных пузырей. В ходе эксперимента удалось подтвердить данные, полученные во время теоретических расчетов.
— Задача необычная и интересная. Сложности заключаются в том, что на процесс опускания воздушных пузырей оказывают влияние множество факторов, например, потоки воды, взаимодействие соседних пузырей. Эти особенности мы планируем изучать далее, — отметил Юрий Башкатов.
Работа Екатерины Замараевай заняла 1-е место в школьной подсекции «Турнир юных физиков» на МНСК-2019. Сейчас Екатерина дорабатывает параметрические зависимости, чтобы лучше описать явление и достойно выступить с докладом уже на международном турнире по физике.
.jpg "Ученый НГУ наблюдал полное солнечное затмение в штате Индиана")