О всплывающих в воде пузырьках

Выскребцов Владислав Георгиевич

к.т.н., доцент

Московский политехнический университет, Москва

Что всплывающие в воде пузырьки воздуха движутся не прямолинейно, вероятно, известно каждому из личных наблюдений. Но почему это так? Ведь пузырьки явно шарообразны и поэтому, казалось бы, никаких боковых сил, отклоняющих их от прямолинейного всплытия вверх, быть не должно.

Согласно опубликованным данным по всплывающим в воде пузырькам их форма менягтся в процессе всплытия от шарообразной до приплюснутой под действием сил поверхностного натяжения и сил вязкости жидкости. Это наглядно демонстрирует рисунок 1, взятый из литературы [1].

Но при этом остаётся необъяснимыми причины периодического «расплющивания» пузырьков а также причины изменения направления движения их по мере их подъёма и увеличения в размерах.

А меду тем всплывающим в жидкой среде пузырькам посвящена довольно обширная литература в виду того, что они имеют важную роль в процессе флотации [2].

Поскольку визуально «расплющивания» пузырьков при их подъёме не наблюдается то с целью проверки влияния формы пузырьков на характер их движения был проделан опыт с наблюдением за всплывающими пластиковыми шариками для настольного тенниса диаметром 4 сантиметра. Для минимизации возмущений в стоящей воде шарики опускались на глубину около метра с помощью устройства, представлявшего собой стержень (палку), на одном конце которой закреплялось проволочное кольцо с диаметром, через которое свободно проходил шарик. Проходу шарика через кольцо препятствовал проволочный стержень, который, однако, мог отводиться в сторону с помощью нити, позволяя шарику всплыть. За время всплытия шарик успевал совершить не более трёх колебаний из стороны в сторону.

На рисунке 2 представлено фото всплывающего шарика, взятое из видеоклипа. Как свидетельствуют фотографии видеоклипа и сам видеоклип форма шарика по мере всплытия не меняется и, кроме того, имеет место периодическое отклонение траектории от прямой линии. Этот факт согласуется с результатами предыдущих наблюдений над движением в воде как одиночных так и соединённых в виде «гантели» фигур [4]. Это, по мнению автора, может быть объяснено тем, что траектории частиц среды при обтекании осесимметричных тел в сплошной среде не являются осесимметричными, а происходят в трёх измерениях [5]. И это явление служит характерным свойством сплошной среды.

Литература.

1. Носырёв М.А. Определение скоростей и концентраций дисперсных частиц при стеснённом движении на основе минимума интенсивности диссипации энергии. Диссертация на соискание степени уч. Степени к.т.н., Москва, Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева. 2015 г.

2. Митрофанов С.И., профессор. Современное состояние теории флотационного процесса. Записки Ленинградского горного института, том XXXII, вып. 3, 1956 г.

3. Б.В. Дерягин, С.С. Духин и Н.Н. Рулев 1982 г., журнал «Успехи химии», том LI (51), «Кинетическая теория флотации малых частиц». стр. 92–118.

4. Кинетическая теория.. Выскребцов В.Г. О свойстве самопроизвольного образования винтообразности траекторий придвижении осесимметричных тел в сплошной среде. Сборник докладов конференции МГТУ «МАМИ», 2008г, Москва-Сочи, стр. 121 - 127.

5. Короткин А.И. О трёхмерном характере обтекания кругового цилиндра. «Учёные записки ЦАГИ». М, 1973, том VI, №4.

6. Su T.C. Obtaining the exact solutions of the Navier–Stokes equations//Int. J. Non-Linear Mechanics. Получение точного решения уравнений Навье-Стокса, International Journal of non-linear mechanics, Vol 20, No20, G. Britain, 1985. №1. P.9–193.

http://vyskrebtsov.ru
http://vyskrebtsov.su

Опубликовано: 19.04.2026